基于碰撞安全性汽车前防撞梁总成轻量化设计

前防撞总成是汽车正面碰撞时最重要的承载件,起到吸收能量和保护乘员的作用,也是轻量化设计的重要结构.根据前防撞梁总成的结构特点,选取横梁和吸能盒作为研究对象,选择材料、厚度、截面形式等方面进行轻量化方案设计,选择最大加速度、侵入量、能量吸收和单位质量承载力等作为优化设计目标,对不同结构的零件进行优化设计.并对优化设计前后...     

基于自适应响应面法的薄壁构件耐撞性优化设计

薄壁构件在碰撞过程中产生塑性变形吸收能量,从而保护整车中其它部件。对提高薄壁结构的耐撞性能进行了研究,利用中心复合试验设计方案来选取设计点。根据这些设计点提供的数据通过最小二乘法建立了刚性板最大位移、撞击力峰值和总质量的高精度响应面。综合考虑安全性和轻量化要求,运用自适应响应面优化算法对建立的响应面进行求解计算,得到了一组最优变量值,为车身复杂结构的设计提供参考依据。     

基于耐撞性拓扑优化的防撞垫吸能盒稳健性设计

为了提高防撞垫吸能盒的耐撞性,首先,依法规建立正碰,斜碰,偏碰和正侧碰四种工况的车辆-防撞垫有限元模型,运用元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,分别在横向和纵向拉伸约束下对吸能盒进行拓扑优化,优化结果表明:纵向拉伸约束下得到的梁式拓扑构型不同于横向拉伸约束得到的桶式拓扑构型,其中纵向拉伸约束下的梁式拓扑构型耐撞性更优;其次,考虑设计变量不确定因素对耐撞性目标响应的影响,结合田口方法和满意度函数对新型梁式吸能盒进行多目标稳健性优化设计。结果表明,优化后的吸能盒的加速度为106. 6 m/s~2,小于200 m/s~2,安全性能良好;比吸能为2. 54 kJ/kg,较优化前提高32. 8%;总满意度提高30. 4%,稳健性显著增强。     

基于正面碰撞前防撞梁的DOE轻量化设计

通过Hyper Mesh建立了汽车前防撞梁及吸能盒正面碰撞模型,以防撞梁及吸能盒的截面形状、截面尺寸、材料、厚度与吸能盒诱导槽位置作为设计变量,以加速度峰值、最大吸能和最大压溃量作为约束,以质量最小作为目标,通过Isight进行DOE实验设计和优化。结果表明,优化后前防撞梁与吸能盒总质量降低了39.2%,轻量化效果显著,碰撞性能明显提升。铝合金比强度、比刚度高,耐腐蚀性好,密度是钢的1/3,是汽车轻量化的重要材料,优化结果表明,调整壁厚和截面形状的铝合金防撞梁总成结构的吸能性能最好,比原钢质件提高约6.6%,同时减重49.38%。     

基于响应面法的汽车车架耐撞性优化

利用响应面法对非承载式车身的前车架进行零件厚度的优化,在限制加速度最大峰值及总质量的情况下最大化吸收动能。针对零件数目较多的情况,采用两步构造响应面进行变量筛选、优化的方法,首先对所有零件构造较为粗糙的响应面模型,用以筛选出关键零件及非关键零件;然后对关键零件构造较为精细的响应面,在此基础上对其进行尺寸优化。对加速度采用径向基函数(radial based function,RBF)响应面,有效提高响应面的精度。采用正交设计和均匀设计的方法选取试验点,能用较少的试验点构造出满足要求的响应面。结果表明,该方法对汽车车架的耐撞性能优化具有明显的效果,同时计算代价较低。     

基于简化基本折叠单元法的蜂窝耐撞性优化设计

采用简化基本折叠单元法,即基于简化基本折叠单元的超折叠单元理论对三种常用蜂窝结构的轴向平均压缩应力进行理论求解。为验证理论解的准确性,采用基于LS-DYNA的非线性有限单元法对这三种常用蜂窝结构的轴向压缩进行仿真计算,仿真结果与理论结果吻合很好。基于轴向平均压缩应力理论解,进一步采用多目标粒子群算法分别对这三种预压缩常用蜂窝结构的耐撞性进行多目标优化,发现在所研究的三种常用蜂窝结构中,正六边形蜂窝结构的耐撞性最好。采用LS-DYNA对优化设计的蜂窝结构进行轴向压缩仿真,仿真结果与基于所给出理论公式的耐撞性优化结果相差不大,说明基于所给出理论公式的蜂窝结构耐撞性优化是可行且有效的。     

基于耐撞性的汽车多腔结构吸能盒轻量化设计

为了在保证耐撞性的前提下实现汽车吸能盒的轻量化,通过有限元碰撞仿真对比确定了符合要求的吸能盒结构,并采用基于近似模型的优化方法获得了性能最优的多腔结构吸能盒设计方案.首先建立了多种截面形状吸能盒的有限元模型,使用有限元软件进行了碰撞仿真分析.通过对单腔结构吸能盒与不同截面的多腔结构吸能盒的碰撞性能进行评价与决策,确定了...     

基于高强钢与材料填充的白车身耐撞性轻量化设计

车身结构在碰撞中承担着变形吸能、传递碰撞力以及维持生存空间的作用,基于耐撞性前提下的白车身轻量化设计,有助于提高车辆动力性与燃油经济性,降低排放。将车身结构碰撞形式分解为轴向压溃与横向弯曲两种工况,通过研究不同等级高强钢板与不同类型材料填充组合结构在两种工况下的吸能与抗弯性能,得到针对安全部件与模块的优化结论。将这些结论应用于某量产SUV车身,仿真分析表明该方法不仅提升了车身耐撞性能,同时降低了白车身质量,实现了车身的耐撞性与轻量化设计。     

耦合碰撞工况下的车辆前部结构耐撞性优化设计

针对两种耦合正面碰撞工况在耐撞性优化时相互影响的问题,将两种工况的设计变量和优化模型进行统一,建立多目标优化模型并进行优化。首先以两种正面碰撞所涉及的主要部件厚度为变量,选取了每个工况下能够体现整车耐撞性能的参数为目标;然后以两个碰撞工况下的加速度峰值和整车吸收的最大能量为目标函数,以车辆前部7个部件总质量和A柱的侵入量为约束函数,建立两种正面碰撞工况耐撞性优化的数学模型并进行精度验证;最后,在结构轻量化约束条件下,结合多岛遗传算法和非支配排序遗传算法对车辆前部部件进行耐撞性优化设计。对比优化前后结果表明:各个耐撞性优化目标均有一定程度的改善,有效地提高了车辆在两种工况下的耐撞性,为耦合碰撞工况要求下的结构设计提供了一种设计参考。     

Mold design and forming process parameters optimization for passenger vehicle front wing plate

The main objective of the present article is to solve the problems of poor molding quality, large warpage, inadequate cooling effect and unsuitable selection of process parameters, in the injection molding process for passenger vehicle front-end plastic wing plate. The thickness and parting surface of the vehicle front-end fender were determined, the injection mold and its cooling system were designed. The relevant process parameters, affecting the product molding quality, were tested, according to orthogonal experimental approach, while their influence on the warpage was obtained, by analyzing the data. Finally, the BP neural network of warpage model was established and globally optimized using genetic algorithm. The optimal parameter combination of the injection molding process was derived as: melt temperature 236 °C, mold temperature 51 °C, cooling time 32 s, packing pressure 97 MPa and packing time 16 s.

     

液压镦锻机前横梁结构有限元分析及优化设计

在对某液压镦锻机前横梁结构研究的基础上,选用实体单元,建立了前横梁的有限元模型和结构优化数学模型.依据结构有限元分析的结果,编制了相关程序并进行了优化,获得了理想的结构参数,为液压机横梁结构设计提供了新的思路和方法.     

Diversity enhanced particle swarm optimization algorithm and its application in vehicle lightweight design

Journal of Mechanical Science and Technology - Particle swarm optimization, a widely used metaheuristic algorithm, mimics the cooperation behavior among species. The PSO algorithm has become a new...     

燃料电池轿车前副车架轻量化设计

建立了前副车架有限元分析模型,计算了前副车架在多种工况下的应力、应变分布,并对前副车架进行模态分析;将钢制前副车架改为镁合金轻质材料制作,并针对前副车架应力应变分布不均匀及2阶纵向弯曲模态不合理,进行结构的优化设计,实现了前副车架自身质量减轻46%;对轻量化设计后的前副车架进行了强度、刚度及模态验证,表明轻量化设计后的前副车架,在保证使用性能的前提下,实现了前副车架质量合理分配及强度、刚度合理匹配。     

基于稳健性和多目标优化的车顶结构轻量化设计研究

针对国内外顶结构轻量化的研究多是单目标优化,且没有考虑不确定性因素影响的问题,提出了一种基于多目标优化和6σ稳健性设计的车顶结构轻量化设计方法。通过参数试验设计进行了灵敏度分析,筛选出了对车顶响应贡献量较大的结构件厚度作为设计变量;采用最优拉丁超立方设计和响应面法建立了车顶各响应的近似模型;以设计变量总质量、覆雪强度、抗凹性能为优化目标,前三阶模态频率为约束条件,基于近似模型,运用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了确定性多目标优化,得到确定性多目标优化结果;运用蒙特卡洛模拟技术对确定性多目标优化结果进行了6σ质量分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。优化结果表明,车顶结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻3.77 kg,且覆雪强度提高,同时车顶结构各工况性能的稳健性提高,达到6σ质量水平。     

基于Zigbee的吊钩防撞装置的设计

介绍了一种高空作业吊车吊钩防碰撞装置的设计,运用超声波测距原理,设计了以CC2530芯片为核心的测距系统,并通过Zigbee无线通讯将数据发送给工控主机,当吊钩与被吊物距离小于警戒阀值时,可发出报警信号,以保证作业安全.     

重型清障车吊臂结构设计与优化

在对某一托吊分离式重型清障车吊臂结构设计的基础上,利用ANSYS软件对一定滑块尺寸的设计结构进行静力分析,对局部强度不足部位提出了改进措施。以滑块的长度尺寸和宽度尺寸为参数,以吊臂与滑块接触部位的最大应力满足强度要求为约束条件,应用ANSYS软件中提供的参数化设计语言(APDL)对滑块的结构尺寸进行参数化建模与求解。得到了滑块两个几何尺寸单独变化和联合变化时对应的应力变化曲线,找到了如何通过增大滑块尺寸来减少吊臂接触部位应力的最有效办法。     

导重准则法在前车架结构优化设计中的应用

提出了一种实用高效的机械结构优化设计方法——导重准则法,该方法既能充分利用结构分析软件AN-SYS有限元建模、分析求解与结果输出方便的优势,又能发挥导重法优化效果好、收敛快的优越性,一般只需约5~7次优化迭代计算,即可得到十分显著的优化效果,大大提高了设计效率与设计质量.其优越性与实用性在某轮式装载机前车架的优化设计实践中得到充分验证.     

Crashworthiness design and evaluation on the leading-cab structure of rolling stock using topology optimization

The leading cab of the rolling stock receives the greatest impact when frontal crashes occur. It has a complex structure due to the concentrated loads it must resist, and a need exists to enhance its performance while minimizing the weight of the cab. Therefore, during the design phase, the optimal material arrangement to enhance structural capacity should be sought. Here, topology optimization is applied to the design of a protective shell frame to enhance crash energy absorption. The design performance during a crash is then compared with the original shell frame design. The crash analysis of this research is performed using a finite element model consisting of an optimized/initial protective shell frame. The frame is tested in an accident scenario (crash at 110 km/h against a movable rigid mass of 15 ton). The results of the crash analysis validate the use of topology optimization in the conceptual design phase.