纯电动汽车尾部耐撞性优化设计

针对纯电动汽车尾部耐撞性要求,采用结构拓扑优化和正交试验设计相结合的方法,以国内某款纯电动汽车为实例,通过建立车尾拓扑优化模型,有限元模型,尺寸优化模型,在满足碰撞安全性法规前提下,以实现最优整车加速度和汽车尾部吸能区吸能量为两个优化目标,对纯电动汽车尾部进行优化设计,最终得出合理的优化构型,实现对电动汽车尾部耐撞性的优化设计。     

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。     

乘用车狭小面积追尾商用车的耐撞性优化

乘用车狭小面积重叠追尾碰撞对商用车后下部防护装置的耐撞性要求较高。针对乘用车狭小面积追尾商用车这一碰撞形式进行耐撞性分析,通过拓扑优化得到兼顾30%、50%、100%三种追尾重叠形式的商用车后下部防护装置最佳材料分布形式,并根据拓扑优化模型进行精细设计,提出了一种新型的针对狭小面积重叠碰撞的商用车后下部防护装置。将该防护装置运用于某型商用车上,并对其狭小面积追尾碰撞的耐撞性进行了仿真验证。     

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。     

TB级可导向防撞垫吸能盒拓扑优化设计

为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的截面参数进行了优化设计,确定了矩型截面吸能盒的最优参数组合。最后,对正交试验优化前后的防撞垫进行多工况有限元仿真分析,并且将正碰工况下优化后防撞垫与现存防撞垫加速度对比,结果表明通过优化后获得的吸能盒较优化前缓冲性能更优,能更好的保护乘员安全。     

基于OptiStruct优化的汽车侧围结构耐撞性研究

侧面碰撞对乘员造成重大的伤害。基于拓扑优化设计和形貌优化设计,在概念设计阶段对侧围B柱进行耐撞性研究。运用Opti Struct对B柱模型进行拓扑优化和形貌优化,使得缩短开发周期减少成本的同时,也提高整车耐撞性能,减小质量。结果表明Opti Struct优化方法可以有效提高设计效率。     

汽车车架碰撞下的安全性设计与仿真

为了在汽车的设计阶段使被设计的车辆更好地满足耐撞性的要求,以某越野车车架为例,采用动态大变形非线性有限元模拟技术,研究了该车车架40%偏置碰撞可变形碰撞的过程.根据仿真计算结果,对车架的结构进行了改进设计,大幅度提高了车架前段的吸能能力,其改进方法适用与同类车型的设计与研究,对车架结构耐撞性的优化设计具有重要意义.     

车辆薄壁结构碰撞性能的研究

利用显有限元方法对4种典型车用薄壁结构进行正碰碰撞仿真,得到其的变形模式、吸能规律、冲击力、速度等一系列参数,分析了不同结构耐碰撞性能的优劣,为车辆耐碰撞性能的设计和构件截面形状的优化奠定了基础。     

跨坐式单轨车辆车体正面碰撞仿真分析

在碰撞仿真理论的指导下,以跨座式单轨车辆为研究对象,对跨座式单轨车辆车体结构进行了CAD建模,并建立了整车碰撞有限元模型。在碰撞模型基础上,模拟了跨座式单轨车辆车体与刚性墙正面碰撞过程,在车体碰撞过程中,得出了碰撞过程中车体的变形位移时间历程曲线,速度时间历程曲线和碰撞能量变化曲线。根据仿真结果,对单轨车体内乘员生存空间进行了分析,对车体的刚度和吸能能力及结构耐撞性进行了评价.从车体骨架变形可看出,跨座式单轨车辆车体的耐撞性能不太理想,车体前端发生了较大变形,危机到驾驶员的生存空间。     

基于空间收缩回归的汽车耐撞性优化

选择汽车正面碰撞耐撞性为优化目标,结合最优拉丁超立方样本点设计、RBF模型以及NSGA-Ⅱ多目标优化对设计变量进行优化。为了加快目标值收敛速度并寻求可能存在的初始设计域之外的最优解,引入空间收缩回归法在迭代过程中对设计域进行动态更新。优化迭代过程最终收敛到一组最优解,使得在未增加车身总质量的条件下提升了车身正面碰撞耐撞性。通过与有限元模型计算结果进行对比分析,验证了该方法具有收敛速度快和寻优精度高的特点。     

基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法

结合等效静态载荷的思想,提出了一种基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法,该方法引入专家系统,同时以车身造型和总布置参数为输入条件,从而使得到的拓扑优化结果尽可能满足工程实际要求。以某MPV的白车身传力路径规划为研究对象,对其进行考虑多种碰撞工况、顶压、多种刚度工况等的多学科拓扑优化方法研究,结果表明,基于渐进空间拓扑优化技术生成的车身拓扑优化结果能很好地满足工程设计要求,具有较高的工程实用价值。     

侧面柱碰撞条件下轿车车门抗撞性优化设计

为提高车门的抗柱撞性能,将基于SIMP理论的拓扑优化方法引入车门防撞梁设计,得到最佳的防撞梁材料分布;选择合适的截面构造防撞梁,得到一种Y形防撞梁结构;结合响应面法和NSGA-Ⅱ多目标优化算法对防撞梁进行多目标优化。相比于初始设计,优化后防撞梁在保证车门刚度满足法规要求的前提下,刚性柱的撞击侵入量减少22.5%,车门抗柱撞性能明显提高。     

基于高强度钢选型及成本控制的车顶结构耐撞性优化设计

针对高强度钢在车身结构设计中的应用成本与效率问题,提出一种车顶结构耐撞性设计方法,并对某车型进行优化设计。首先进行全局灵敏度分析,筛选出影响车顶强度的主要承载部件;然后将高强度钢的选型作为离散设计变量,厚度作为连续设计变量,同时对材料成本和总质量进行约束,建立车顶结构耐撞性优化的数学模型;最后,采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对主要承载部件进行优化设计。结果表明：在部件总质量和材料成本的控制下,车顶承载能力提高18.53%。该方法为高强度钢在车顶结构耐撞性优化设计中的应用提供了一种选型参考。     

基于逐步回归模型的汽车碰撞安全性多目标优化

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业的重要研究内容。面对传统优化方法难以找到汽车结构耐撞性问题多目标参数最优解的难题,在汽车结构碰撞安全性问题的研究中,结合试验设计、响应表面模型和有限元仿真程序提出一种基于逐步回归模型的多目标优化设计方法。利用该方法对以汽车前端结构的加强件作为设计变量,以整车质量、脚踏板在碰撞过程中的侵入量和整车碰撞加速度积分值作为目标函数的汽车100%正面碰撞以及40%正面偏置碰撞的多目标优化问题进行仿真优化研究,结果表明该方法对于汽车结构碰撞安全性的优化具有明显的效果。     

Multi-objective optimization of vehicle crashworthiness using a new particle swarm based approach

Vehicle crashworthiness is an important issue to ensure passengers safety and reduce vehicle costs in the early design stage of vehicle design. The aim of the crashworthiness design is to provide an optimized structure that can absorb the crash energy by controlled vehicle deformations while maintaining enough space of the passenger compartment. Meta-modeling and optimization techniques have been used to reduce the vehicle design cycle. In this paper, a new particle swarm-based optimization method is presented for multi-objective optimization of vehicle crashworthiness. The proposed optimization method is first validated with a multi-objective disk brake problem taken from literature. Finally, it is applied to multi-objective crashworthiness optimization of a full vehicle model and milling optimization problems to demonstrate its effectiveness and validity.     

基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计

结合静态和动态拓扑优化方法对汽车前纵梁进行耐撞性设计,通过静态拓扑优化方法分别获得前纵梁在轴向刚度最大和侧向刚度最大时的结构形式,通过动态拓扑优化方法获得前纵梁具有最大吸能时的结构形式。对拓扑优化结果进行分析,综合考虑前纵梁的轴向刚度、侧向刚度和吸能特性,最终确定前纵梁的最佳截面形式与诱导结构的尺寸和位置。优化前后前纵梁的吸能特性对比结果表明,拓扑优化使前纵梁的耐撞性能有一定的提高。     

机车车辆端部结构拓扑-参数一体化优化方法

拓扑优化方法广泛用于获取结构的优化构型,而参数优化方法用于具体结构参数的取优,为了整合这两种方法的优势并提供一体化优化方案,以机车车辆端部结构被动安全性为研究对象,提出一套可以同时考虑静态和动态载荷作用,适用于大尺寸结构的拓扑-参数优化方法。该方法的拓扑优化部分采用缩放能量权重的混合元胞自动机方法对端部结构进行综合耐撞性和刚度评估的拓扑优化设计,有效解决拓扑优化多工况中由于能量差异而导致的结果偏差;参数优化部分结合网格变形技术和自适应模拟退火优化算法对结构进行给定接触力约束条件下的参数优化。具体算例结果表明,利用该方法优化后机车车辆在正面碰撞中的关键接触力峰值下降26.2%~46.3%,变形模式更趋于合理;在侧翻碰撞中乘客生存区间的上下部安全距离分别增加24.8%和12.8%。     

Topology optimization of compressor bracket

Topology optimization is very useful engineering technique especially at the concept design stage. It is common habit to design depending on the designer’s experience at the early stage of product development. Structural analysis methodology of compressor bracket was verified on the static and dynamic loading condition with 2 bracket samples for the topology optimization base model. Topology optimization is able to produce reliable and satisfactory results with the verified structural model. Base bracket model for the topology optimization was modeled considering the interference with the adjacent vehicle parts. Objective function was to minimize combined compliance and the constraint was the first natural frequency over 250 Hz. Multiple load cases such as normal mode calculation and gravity load conditions with 3-axis direction were also applied for the optimization, expecting an even stress distribution and vibration durability performance. Commercial structural optimization code such as optistruct of Altair Engineering was used for the structural topology optimization. Optimization was converged after 14 iterations with the satisfaction of natural frequency constraint. New bracket shape was produced with the CATIA based on the topology optimization result. The new bracket from topology optimization result was compared with the traditional concept model and topology optimization base model under 4 load cases. 14 % 1’st natural frequency of new bracket with only 4 % mass increment increased compared to the concept model. 31 % mass decreased compared to the base model without the increment of stress under gravity load cases. It was analyzed thata new bracket would not fail during a vibration durability test, and these results were verified with a fabricated real sample under the durability condition.     

基于非线性拓扑优化的汽车变厚度保险杠耐撞性设计

结合非线性拓扑优化方法和连续变厚度轧制技术对汽车保险杠横梁进行了耐撞性设计。推导了基于板壳厚度插值的非线性吸能灵敏度公式,并把灵敏度约束在轴向与周向上。应用该方法对三点弯工况下的保险杠进行优化设计,最终确定了保险杠的厚度分布。优化结果表明,等质量情况下,对比均匀厚度的保险杠,具有连续变厚度（TRB）结构的保险杠吸收能量值平均提升了近30%。