基于协同优化和多目标遗传算法的车身结构多学科优化设计

在汽车车身结构NVH和侧面碰撞安全性研究中,实施多学科多目标优化的可行性设计。通过试验设计制定试验方案并进行数据采样,构建考虑整车侧撞安全性、白车身模态、静态弯曲刚度、扭转刚度和轻量化等性能的响应面近似模型,然后对车身结构分别进行确定性和可靠性轻量化单目标设计。最后,运用多目标遗传算法结合多学科协同优化对车身结构进行多目标优化设计,获取Pareto最优化解集。研究结果表明:可靠性优化设计较确定性优化设计而言,能考虑产品设计和生产过程中的不确定性因素,保证产品稳健性;车身结构的多目标优化设计全面考虑了车身结构轻量化、NVH和碰撞安全性能等多学科之间的耦合和解耦;设计者可按需选择其满意的优化结果,这将大幅缩减产品开发周期、降低产品开发成本。     

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。     

叉吊搬运车横梁结构系统6σ稳健优化设计

论述某型叉吊搬运车横梁结构系统基于6σ理论的校核分析及优化,以提高其可靠性。传统优化方法在设计过程中大多不考虑设计变量中不确定性因素的波动对设计结果的影响,稳健性较低,容易导致产品性能违反约束条件。文中将Kriging代理模型与蒙特卡洛模拟法、6σ质量设计集成运用,对横梁结构系统进行了6σ稳健优化设计。优化结果表明,结构尺寸分布更加合理,在实现轻量化的同时可使可靠性水平提高至8σ,可靠度增加至接近100%,大大提高了优化结果的稳健性,为全面解决同类非线性隐式工程结构问题提供了一定的理论支持和应用借鉴。     

门式启闭机门架结构6σ稳健优化设计

以重量减轻为目标,对启闭机门架结构的确定性优化结果进行可靠性分析,优化结果的可靠度为86.5％,可靠度不高.针对传统确定性优化设计中没有考虑不确定因素对产品性能和质量的影响,其优化结果可靠性和稳健性往往较低的问题.基于6σ质量设计方法、蒙特卡洛模拟法、多岛遗传算法,采用多学科设计优化软件ISIGHT对门架结构进行6σ-稳健优化设计.计算结果表明,经6σ稳健优化后门架结构自重降低了21.6％,其可靠性和稳健性显著提高,可靠度达到98％,为门式启闭机门架优化设计提供理论指导.     

基于双响应面模型的碰撞安全性稳健性优化设计

建立稳健的车体耐撞结构是提高汽车碰撞安全性的有效途径.传统的耐撞性优化设计,由于忽视制造工艺、材料特性和边界条件中存在的不确定因素,导致汽车碰撞安全性能不够稳健.近年来,稳健性设计得到广泛的关注,并在汽车工业中得到应用.将稳健性设计方法应用到汽车碰撞安全性设计中,以某轿车的前纵梁为研究对象,运用双响应面方法对其进行稳健性优化设计.采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)方法和最小二乘方法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型,将材料特性作为不确定性因素.稳健性优化后,对前纵梁碰撞性能的稳健性与优化前进行对比分析.分析结果表明,该稳健性设计方法精度较高;经稳健性优化后,前纵梁碰撞性能的稳健性获得了显著提高,且质量减少了3.32％.     

柔性悬臂梁柔度6σ稳健优化设计

在柔顺机构优化中如何考虑设计变量的随机波动与外界随机载荷的不确定性干扰成为柔性机构稳健可靠性保障的关键问题。引入6σ稳健设计方法,建立了稳定性优化模型,并对以柔性悬臂梁为载体的柔顺机构进行了柔度稳健优化设计,通过与传统柔性悬臂梁柔度确定性优化结果对比表明,其柔度稳健水平达到了8σ,验证了6σ稳健优化设计具有良好的效果。     

基于实验设计的城市客车车架多工况稳健设计优化

针对某城市客车模型,将实验设计、6σ稳健设计与多工况优化设计相结合,提出一种高稳健性且减轻结构质量的方法。该方法先通过最优拉丁超立方方法筛选出对车架质量、应力、变形等具有较大的影响变量作为优化尺寸变量;分别针对各工况进行确定性优化并分析结果可靠度;将结果可靠度较低的工况进行6σ稳健优化设计;最后对车架进行基于概率考虑的全工况优化设计。对某城市客车模型多工况稳健优化设计的结果表明,该方法在考虑了多工况和车架优化结果可靠性满足设计要求的基础上,有效提高稳健性,减轻其结构质量。     

基于稳健性择优的自卸车驱动桥桥壳优化

针对重型自卸车驱动桥桥壳进行轻量化研究时,由于桥壳的使用条件及生产条件存在不确定性因素,使得桥壳的可靠性存在难以控制的问题,提出了一种确定性优化与稳健性择优相结合的轻量化研究方法.对原桥壳进行有限元分析,验证了原桥壳存在进一步优化的空间.利用灵敏度分析法选取了优化设计变量,构建kriging响应面模型.通过多目标遗传优化算法(Multi-Objective Genetic Algorithm)对桥壳进行确定性优化,得到3组9个确定性优化尺寸.构建L9(34)正交表,对确定性优化尺寸进行稳健性择优,基于信噪比η,得到了稳健性较好的优化尺寸.结果表明,在现桥壳的质量比原桥壳降低16.7％的情况下,通过稳健性择优方法,提高了最大应力稳健性和1阶固有频率的稳健性,增加了桥壳的可靠性.该方法能够保证轻量化桥壳在各种不确定性因素干扰下,仍然能够发挥出正常性能,一定程度上弥补了现有稳健性优化方法的不足,为桥壳的稳健性优化提出了一种新的思路.     

基于多目标优化的车辆转向机构稳健设计

汽车的转向机构一般应用传统的确定性优化方法设计,没有考虑不确定因素对汽车运动轨迹的影响。然而,不确定因素破坏了转向机构的运动轨迹,加重了轮胎的磨损。为了减小不确定性运动误差对车辆整车性能的影响,应用响应面模型建立了某型车整体式转向机构的多目标稳健设计模型。通过与原车数据的对比分析,得出该方法改善了汽车的整车性能,提高了各优化目标的稳健性。     

基于6σ 稳健性的运输工装轻量化设计

为了在减轻地铁车辆拖车轮对运输工装重量的同时,提高优化设计的可靠性与稳健性,在轻量化设计中充分考虑尺寸参数的不确定性信息,通过引入6稳健设计理念,将响应面法、轻量化设计、6质量管理、可靠性设计、稳健设计、蒙特卡罗模拟技术相结合,构造了基于6稳健性的地铁车辆拖车轮对运输工装轻量化设计新方法。结果表明,优化后的工装强度和刚度满足设计要求,重量减少了112.3kg,减重率达49.3%,轻量化效果显著;且与传统的确定性轻量化设计相比,该方法不仅增强了工装的强度和刚度,而且提高了优化设计的可靠性、强度与刚度的稳健性以及重量的一致性,验证了该方法的有效性。