基于区域灵敏度及空间多层形貌的车身设计

提出了区域灵敏度分析方法,并通过设定关键区域的区域厚度变量,将灵敏度分析对象由单个零件的厚度变成关键区域的区域厚度变量。提出了基于优化空间重组及灵敏度筛选机制的空间多层形貌优化技术,对零件沿法向正反两个方向进行了结构形貌优化,并将两种方法应用到某车身轻量化设计中。应用实例表明,该方法可以成功地实现关键区域的灵敏度分析,并能大大缩短车辆开发时间优化。     

电动轿车车门多工况轻量化设计

针对某电动轿车的铝合金车门,建立了有限元模型,对车门进行了模态分析以及4种较恶劣工况下的刚度分析,提出了一种基于拓扑优化、尺寸优化及多工况同步优化的综合优化方法。以车门重量最小化为目标,建立了优化模型,并对车门结构进行了轻量化设计。结果表明:该方法能准确寻找车门结构性能的薄弱区域,优化后4种工况下车门刚度提高67%~73%,重量仅增加5%。     

车门结构多目标轻量化研究

针对现有结构多目标轻量化设计采用单一变量(如板件厚度为优化变量)的不足,将网格变形技术创建的形状变量引入到了车门结构多目标轻量化设计中,建立了以板件厚度与车门结构形状同时作为设计变量的参数化有限元模型。对该车门进行了动态试验测试,验证了有限元模型及计算结果的可靠性;考虑到该车门一阶频率过低的问题,将一阶频率最大、车门质量最小作为优化目标,垂向刚度、窗框刚度为约束,进行了试验设计(DOE),通过Kriging函数模型拟合了要优化的目标及约束,经过精度校验,验证了该近似函数模型符合精度要求;最后利用多目标遗传算法进行了寻优计算。研究结果表明:在垂向刚度、窗框刚度满足约束值的情况下,车门质量最终降低2.84 kg(减重达13%),一阶频率提高了25.8 Hz。     

基于形貌优化的列车空调箱体轻量化分析

随着轨道列车速度的提升,对其轻量化的设计也提出了要求。空调箱体作为轨道列车空调机组的重要组成部分,是影响列车安全运行的重要因素之一。为了满足列车轻量化设计的要求,本文在满足强度要求的基础上对空调箱体进行轻量化设计。首先利用Ansys对空调箱体进行静强度分析,并根据空调箱体质量分布的特点,对箱体的压缩机底板和盖板在OptiStruct中进行形貌优化,对箱体侧板厚度进行尺寸优化,最后对优化后的模型进行疲劳强度校核。研究结果表明论文所提出的优化方案在满足疲劳强度要求的情况下质量降低了5.39%,实现了空调箱体轻量化的设计要求。论文的研究为列车空调箱体的结构优化设计提供参考,具有一定的实际应用价值。     

基于多目标优化的钢-铝混合轻量化车架设计

以国产某SUV车架为研究对象,建立了车架有限元模型,对车架进行弯曲刚度、扭转刚度分析,并进行模态分析和模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定了材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成铝合金,得到钢-铝混合轻量化车架。针对钢-铝混合轻量化车架刚度和模态性能的减弱问题,采用基于折中规划法的多目标形貌优化方法对部件进行优化改进,提高了车架的刚度和模态性能。设计结果表明,使用钢、铝材料结合多目标优化方法设计的钢-铝混合轻量化车架相比原钢质车架在保证一定的刚度和模态性能条件下,质量减轻了6.7kg。     

基于拓扑和形貌优化的摩托车底板轻量化分析

摩托车座垫底板作为整车的重要受力部件,结构强度分析和轻量化设计对整车的安全节能具有重要意义。基于HyperWorks优化软件,建立座垫底板的有限元模型,进行静力学分析,并根据分析结果,对其进行拓扑和形貌的组合优化设计,得到了最优材料分布和加强肋布局的座垫底板结构。优化结果表明,优化后的摩托车座垫底板,在满足刚度要求的前提下质量减少了10%。该方法为摩托车座垫底板的结构设计和轻量化设计提供了良好的参考依据和思路。     

基于多目标优化理论的空间反射镜加强结构轻量化设计

空间望远镜的分辨力与反射镜口径成正比,但反射镜口径的增大导致其质量以三次方的比例增重,以致镜面变形恶劣和发射成本增加。针对此问题,文中基于多层次优化和多目标优化理论对反射镜进行轻量化设计。首先建立反射镜的几何模型并分析载荷工况,针对反射镜多工况下的参数要求,以反射镜轴向重力工况下的刚度最大和低阶固有频率最大为目标,用折衷规划法和平均频率法建立多目标优化的目标函数进行多目标拓扑优化;根据优化结果进行反射镜的加强筋布置;最后以加强筋的宽度为变量,进行多目标尺寸优化实现加强筋的尺寸寻优。计算分析结果表明:优化后反射镜结构在满足原有性能要求的基础上质量减少了7.2%,实现了轻量化设计。     

基于稳健性多目标优化的微客尾门轻量化设计

针对微客尾门结构的轻量化设计问题,提出了一种基于稳健性多目标优化的尾门轻量化设计方法。首先通过灵敏度分析方法筛选出了对尾门性能贡献量较大的尾门零件厚度作为设计变量,并建立了尾门各个工况响应的近似模型,其次以尾门扭转刚度、下垂刚度、尾门前三阶模态频率和抗凹分析点为约束条件,以尾门质量最小和第一阶模态频率最大和弯曲刚度位移量最小为目标,利用NSGA-Ⅱ算法对尾门进行了多目标优化,通过蒙特卡洛模拟技术对尾门进行了6σ质量水平和可靠度分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。最终结果表明:优化设计后尾门结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻了2.28 kg,且弯曲刚度和第一阶模态得到提高;同时尾门结构各工况性能的稳健性也得到改善,达到6σ质量水平。     

多目标优化在新车型总体轻量化设计中的应用

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开发了一款跟原车型结构相似、整车尺寸加长加宽加高的新车型,将整车长度、整车高度、整车宽度及部分零件厚度作为设计变量,采用最优拉丁实验设计方法进行了样本数据设计,并且采用移动最小二乘响应面方法构建了白车身NVH、白车身关键区域强度及白车身质量等性能参数的多目标优化系统的近似模型,利用多目标遗传优化算法NSGA-Ⅱ(非支配解排序遗传算法)对近似模型进行优化。在满足白车身关键区域内强度、白车身NVH等约束性能的同时,追寻车内新增空间最大化,并实现了新车型的轻量化设计。 
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基于可靠性的多学科设计优化在薄壁梁轻量化设计中的应用研究

针对对车身安全性有重要影响的薄壁纵梁进行优化设计,提出将薄壁梁的设计过程看作是一个需要考虑安全性、静态承载特性与一阶振动模态等方面的多学科优化过程的分析方法。同时,优化设计过程涉及材料、尺寸、焊点的布置等众多参数,传统的确定性优化设计结果往往都收敛于约束边界,而不能满足产品设计的可靠性要求。将试验设计、响应面模型、可靠性理论与遗传算法相结合,构造了基于产品质量工程的薄壁纵梁的可靠性多学科优化设计方法,与传统的确定性优化结果相比较得知,可靠性优化结果不仅较好地满足了轻量化的设计要求,同时也使得薄壁梁的使用可靠性有较大幅度的提高。     

基于FEM的车门结构轻量化研究

有限元法(FEM)在结构分析中有着广泛的应用.通过对某车型前门建立有限元分析模型,分析其刚度,得出车门原有结构方案刚度值相比设计目标值有较大富余的结论,由此提出两种结构轻量化方案:改进车门加强板结构和采用激光拼焊板.两种方案都有效地减薄了车门料厚,达到了轻量化的目的.     

基于灵敏度及尺寸优化的汽车车门轻量化

以国产某小车车门为研究对象,建立车门有限元模型,对车门进行垂直、侧向刚度分析,并进行自由模态分析和模态试验,验证模型的有效性。计算各部件对车门刚度和一阶模态的灵敏度,确定敏感区域。基于灵敏度分析方法,以车门质量最小为目标函数,在保证车门刚度和一阶模态频率不降低的前提下,结合尺寸优化设计方法优化车门各部件厚度。优化结果表明,车门下沉刚度提高了12.03%,水平刚度提高了1.04%,一阶模态频率提高了0.2 Hz,车门的总质量下降了4.74%,达到了良好的轻量化效果。     

基于逆向工程和拓扑优化的支座轻量化设计

基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支座的轻量化设计。首先通过逆向工程建立起支座三维模型;其次,通过静态有限元应力分析给出优化的约束条件;然后以最小体积分数为优化目标,以最大Von-mises应力和最大位移为约束,以单元密度为设计变量完成支座的轻量化设计。结果表明,在满足所有约束条件下,优化后的支座质量降低了近18%,效果较好。     

基于逆向工程和拓扑优化的转向节轻量化设计

逆向工程与拓扑优化技术广泛应用于汽车零部件轻量化设计,特别是结构轻量化、工艺轻量化等方面。采用逆向工程和拓扑优化方法对某型车辆转向节进行了轻量化的研究。首先采用逆向工程,在转向节的外表面喷涂显像剂,运用手持式三维扫描仪对转向节进行数据采集,基于Geomagic Wrap软件完成转向节点云数据的优化,点云数据封装,建立起转向节三维模型;其次确定转向节优化的边界,对转向节开展静力分析,根据转向节装配要求与设计经验,重构出转向节优化设计空间,以最小体积为优化目标,采用变密度法完成转向节的拓扑优化设计;然后根据拓扑优化设计结果,结合结构制造工艺,重构转向节结构,并开展有限元静力分析验证,最终实现了转向节的轻量化设计。     

基于Plackett-Burman试验设计的某车门结构件厚度优化

建立某车门垂直刚度和一阶模态的有限元模型,分别计算出车门初始设计时的垂直刚度与第一阶模态;利用PB试验设计找出对车门垂直刚度和一阶模态影响较大的零件,以这些零件的料厚为设计变量,利用OptiStruct进行尺寸优化。优化后在车门第一阶模态频率满足设计要求的同时,车门总质量比优化前减少了3.4%,车门的垂向刚度则提升了34.75%,取得了较好的优化效果,为车门的后续设计提供了指导。     

基于台架试验的座椅轻量化研究

首先根据座椅试验要求对座椅进行强度试验。然后根据有限元分析的标准,对动车组座椅建立有限元模型。根据企业要求和试验规范,利用有限元法对动车组三人座椅进行结构强度分析,并根据有限元分析结果,提出座椅的轻量化改进方案。最后通过轻量化前后的对比发现,轻量化后的座椅骨架总重量约减轻2.89kg,轻量化效果明显。     

气室支架的轻量化设计及疲劳寿命研究

以气室支架为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS Workbench分析了支架的强度和刚度,并对气室支架进行轻量化设计,去除设计过剩部位的材料。研究分析了气室支架的疲劳寿命,并设计制动系统疲劳寿命试验台对试件进行疲劳寿命测试。试验与仿真结果表明:试验数据与仿真数据误差小于5%,气室支架的设计满足主机厂的要求,并为其它支架的轻量化设计提供了参考。     

基于正交试验-形貌优化法的钢铝复合车架设计

以某国产SUV车架为研究对象,建立车架有限元模型,对车架进行弯曲、扭转刚度分析,并进行模态分析和模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成铝合金,得到钢铝复合轻量化车架。针对钢铝复合车架刚度和模态性能的减弱问题,采用折衷规划法的多目标形貌优化对部件进行优化改进,提高车架的刚度和模态性能。研究结果表明,采用正交试验结合多目标形貌优化法得到的新车架在质量减轻6.7kg的同时提高了刚度和模态性能,达到了良好的轻量化设计效果。     

基于多目标优化的砂轮杆结构轻量化设计研究

为了得到大长径比砂轮杆合理的结构及支撑方式,保证砂轮杆满足刚度要求,通过建立大深径比孔磨削用砂轮杆的三维参数化模型,用有限元方法分析了砂轮杆的静力变形和约束模态,采用最佳空间填充试验设计（optimal space-filling design）方法构建了砂轮杆各设计变量与优化目标的二阶响应面模型,采用NSGA-Ⅱ算法对砂轮杆进行了多目标优化。经过轻量化优化设计及仿真比较,得到一种大长径比砂轮杆及支撑的合理化结构,轻量化率达到10.3%。分析结果表明：砂轮杆质量、刚度及模态均满足工程要求。