汽车车身耐撞性设计参数的区间稳健性优化

基于区间分析,提出了一种考虑公差的汽车车身耐撞性稳健优化设计模型,可在有效降低耐撞性能对设计参数波动敏感性的同时实现公差范围的最大化。该模型首先利用对称公差来描述汽车碰撞模型中车身关键耐撞部件的主要尺寸、位置和形状等设计参数本身的不确定性,然后将参数设计和公差设计相结合,建立了以稳健性评价指标和公差评价指标为优化目标,设计变量名义值和公差同步优化的多目标优化模型。再次,利用区间可能度处理不确定约束,将该优化模型转换为确定性多目标优化模型。最后,将该模型应用于两个汽车耐撞性优化设计问题,并通过序列二次规划法和改进的非支配排序遗传算法进行求解,结果表明该方法及稳健优化设计模型可行且实用。     

复合材料雷达罩耐鸟撞和电磁性能综合优化设计

对蜂窝夹芯复合材料雷达罩进行耐鸟撞优化设计以及耐鸟撞和电磁性能综合优化设计,优化设计变量是雷达罩分段后的总厚度和比例等,耐撞性优化目标是最大限度的减小雷达罩的损伤面积和保护雷达罩内的设备安全,体现在数值计算中减小雷达罩的失效单元数和鸟体的剩余动能;耐鸟撞和电磁性能的综合优化目标除满足以上目标外,也要求使电磁参数指标达到最优。优化软件中集成了显式动力分析软件LS-DYNA和电磁分析软件FEKO,采用了适合于复合材料壳单元冲击损伤的Chang-Chang模型。某算例的优化结果表明：合理的优化设置可以实现蜂窝夹芯复合材料雷达罩的耐鸟撞和电磁性能优化要求,并提高工程设计效率。     

地铁列车双锥内嵌隔板矩形管的耐撞性优化

为设计具有良好耐撞性能的地铁列车吸能结构,将矩形吸能管的一组对称面引入锥度,并在内部嵌入多个隔板。建立该双锥内嵌隔板矩形管和传统矩形管的有限元模型,对两者耐撞性进行对比,通过准静态轴向压缩试验验证有限元分析的准确性。以双锥内嵌隔板矩形管三个部分的厚度为设计变量,进行试验设计并建立代理模型,为最大化比吸能和最小化峰值力,对双锥内嵌隔板矩形管进行多目标优化。结果表明,双锥内嵌隔板矩形管在准静态压缩下呈现稳定而规律的变形,耐撞性能优于传统矩形管;两个优化目标具有一定的互斥性,根据实际工程对各优化目标进行权重分配,能够于帕累托前沿中应用权函数实现最优设计方案的选择。     

超弹性可导向防撞垫设计

基于耐撞性拓扑优化方法以及稳健性设计方法,设计出了一种高等级超弹性可导向防撞垫,可在实现轻量化要求的同时实现可导向防撞垫整体质量最优。以实现能量吸收最大化为优化设计目标,对防撞垫的吸能单元进行耐撞性拓扑优化分析,确定吸能单元的最优传力路径,提取构型清晰的吸能单元;对建立的可导向防撞垫有限元模型进行了碰撞安全性验证。将试验车辆的角度、速度、质量的不确定性作为噪声因子,基于稳健性设计方法,确定了可导向防撞垫吸能单元的最优尺寸。结果表明:耐撞性拓扑优化方法和稳健性设计方法行之有效,TS级超弹性可导向防撞垫能够满足现行评价标准要求。     

基于SGA-BP-GA方法的FPSO舷侧结构耐撞性能优化设计

由于船体结构及碰撞优化的复杂性,使得传统优化方法难以有效进行。基于遗传算法、模拟退火算法和BP神经网络,结合正交试验设计和ABAQUS参数化仿真技术,提出一种新的结构耐撞性优化方法——SGA-BP-GA。为了提高BP网络对结构耐撞性指标的预测精度和泛化能力,利用模拟退火算法的概率突跳特性克服遗传算法易早熟和陷于局部最优的缺点,在此基础上采用模拟退火遗传算法(SGA)对BP网络的权重进行优化。采用提出的SGA-BP-GA方法对FPSO舷侧结构耐撞性能进行优化设计,以验证其准确性与可行性。结果表明:与传统BP、GA-BP和SA-BP相比,SGA-BP具有更高的预测精度和泛化能力;与GA-BP-GA方法相比,SGA-BP-GA优化结果仍提高了5.34%;提出的SGA-BP-GA方法能够较好的适用于复杂的船体结构耐撞性优化设计。     

飞行器机身结构耐撞性分析与设计

耐撞性不仅是飞行器设计中的重要问题,而且还是其取得适航证的必要条件。该文对美国、欧盟和日本等在耐撞性研究方面的研究进行了总结,阐述了耐撞性设计中采用的数值模拟和试验研究方法及其主要问题。主要针对各种飞行器结构耐撞性设计方法进行介绍,对比了轻型固定翼飞机、直升机和大中型民用飞机的耐撞性设计特点。能量吸收结构是耐撞性设计的关键问题之一,对提高飞行器机身能量吸收能力的机身底部结构、机身加强框和客舱地板撑杆结构等设计方法进行详细介绍,总结了飞行器耐撞性可靠性分析和优化设计方法。最后对飞行器结构耐撞性设计的发展作了展望。     

基于拓扑优化与诱导结构的抗撞结构优化设计EI北大核心CSCD

鉴于耐撞性拓扑方法在实际使用中只能获得抗撞结构的初级拓扑构型,导致抗撞结构的碰撞安全性仍有进一步提升空间的问题,以耐撞性拓扑优化为基础,获得了抗撞结构的初级拓扑构型,在初级拓扑构型的适当位置设置诱导结构,得到最终吸能单元构型,再利用稳健性设计方法获取最终构型的最优尺寸参数,较好地弥补了基于最大吸能原则的耐撞性拓扑方法的不足。算例表明,所提的优化设计方法灵活有效,基于该方法得到的抗撞结构可以更好地满足设计要求。     

灰色关联及熵权法对碳纤维增强树脂复合材料防撞梁的耐撞性优化设计

为改善和提升汽车的轻量化和耐撞性,针对碳纤维增强树脂基复合材料特性提出一种基于灰色关联分析与熵权法结合的复合材料防撞梁结构的设计策略。建立了考虑整车实际工况的数值简化模型,并通过碳纤维增强树脂复合材料力学性能试验确定了T300碳纤维/5113环氧树脂复合材料的材料力学性能,为碰撞工况下碳纤维增强树脂保险杠防撞梁模型计算提供真实准确的材料参数。基于正面碰撞仿真模型,采用哈默斯雷试验设计方法确立60组样本点建立了设计变量与响应之间的关系,采用熵权法求出各响应指标的权重值,结合灰色关联分析对碳纤维增强树脂复合材料防撞梁的耐撞性和轻量化进行优化设计,获取防撞梁结构的最优尺寸参数组合,确定优化方案。研究结果显示,与初始防撞梁相比,优化方案吸能量峰值提高了11.4%,峰值力降低了48%,质量减少了56.5%。该方法在满足安全性指标的前提下实现了汽车轻量化优化设计。      

基于临界刚度的复合材料筋材多变量优化设计方法

以船舶结构优化设计为背景,针对目前结构安全余量过高导致加筋板板筋刚度过匹配现状,提出板筋刚度匹配临界刚度的概念,推导了板筋刚度比关系式。以T型复合材料筋材为对象,建立优化模型,基于Isight软件平台对设计变量进行灵敏度分析,简化设计变量。采用多岛遗传算法对筋材开展多变量优化设计,结合工程实际在筋材优化结果基础上确定设计方案,并开展复合材料加筋板力学性能试验研究,验证了多变量优化设计方法的可行性。研究表明:利用提出的加筋板板筋刚度比关系式,可以指导板筋刚度匹配设计;对T型复合材料筋材进行优化设计时,提升腹板高度对优化目标影响最明显;在等刚度约束前提下,提出的T型筋材优化设计方案能够较好地实现优化目标,同时保证了较优的经济性。      

汽车前纵梁吸能盒结构耐撞性多目标优化

吸能盒上诱导槽的分布形式对汽车碰撞性能有很大影响.以汽车前纵梁吸能盒结构为对象,建立整车正面碰撞仿真模型,对吸能盒结构的耐撞性进行了多目标优化设计.以吸能盒上诱导槽之间的间距为设计变量,使用Hammersley方法采集样本点后,以车辆吸能盒的最大吸能量E、最大刚性墙反力F以及车身最大加速度a为目标函数,通过krigin...     

高速列车前端多胞吸能结构的耐撞性优化

为设计具有良好耐撞性能的高速列车前端多胞吸能结构,基于显式动力学有限元软件LS-DYNA,建立此吸能结构的有限元模型。通过台车碰撞试验验证了有限元模型的准确性,结合验证的有限元模型与全因子试验设计,构造了吸能结构的比吸能SEA和撞击平台力关于设计参数单元胞边长和壁厚的Kriging代理模型,并进行了误差分析,采用多目标粒子群优化算法,对多胞吸能结构的截面尺寸和厚度进行了优化设计。结果表明,壁厚比单元胞边长对多胞吸能结构耐撞性影响更显著,通过合理匹配壁厚和边长,能有效提高撞击平台力和比吸能。     

基于结构与材料参数的S形薄壁梁抗撞性与轻量化研究

以车身前部吸能部件前纵梁结构中常见方形截面S形薄壁梁为研究对象,探讨了如何通过合理引入诱导槽和加强筋设计提高其抗撞性,及基于材料属性实现轻量化设计。根据诱导槽位置分布、个数和加强筋分布的不同建立8种有限元模型,通过仿真优选了两种吸能特性较好的结构模型;在此基础上,以质量为约束,结构几何尺寸为设计变量,提高抗撞性为目标,对其中带有加强筋的S形薄壁梁进行多目标优化,并基于高精度代理模型快速获得了最优设计参数;对比碰撞力-位移仿真曲线与理论曲线,验证了优化模型的有效性;通过将加强筋板的材料改为镁铝合金,进一步实现了轻量化设计。研究成果为实现薄壁梁结构的抗撞性优化与轻量化提供新的解决方案。     

基于等效静态载荷法的汽车前端结构抗撞性尺寸和形貌优化

为了减少在低速正碰下汽车的维修成本以及实现汽车前端结构的轻量化。采用等效静态载荷方法对汽车前端结构的尺寸和形状进行了抗撞性优化设计,以整个结构质量最小为优化的目标函数,以前部结构主要部件的厚度尺寸以及节点坐标形貌为设计变量,以侵入量以及加强筋的冲压工艺要求为约束进行了碰撞优化设计。等效静态载荷法将非线性瞬态碰撞优化问题转化为多工况线性静态优化问题,数值算例证明等效静态载荷法可高效地求解碰撞优化问题,并得到高精度的最优解。     

响应表面法在薄壁构件耐撞性优化设计中的应用研究

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业重要的研究内容。耐撞性的优化涉及材料与结构的众多参数。传统的设计、碰撞仿真及试验往往只能在一定程度上改善结构的碰撞性能而无法达到限定条件下的最优状态。利用国际上近年来新发展起来的一种优化理论方法--响应表面法,结合传统的优化手段以及非线性有限元程序对薄壁构件的耐撞性问题进行了优化研究。耐撞性优化的结果表明,该方法具有较高的精确性和有效性。     

基于自适应响应面法的膨胀式吸能结构耐撞性优化设计

借鉴多道次渐进成形方法,提出一种膨胀式吸能新型顶杆。保持锥形顶杆最大直径不变,在锥形顶杆区域添加定径段,将一次高膨胀率的膨胀过程变成多次低膨胀率膨胀过程。以不同膨胀角下的锥形变形区数量和定径段长度为设计变量,有限行程下的能量吸收为目标,采用全因子试验设计方法,基于移动最小二乘法建立的近似模型,进行基于响应面法优化设计,得到不同角度下膨胀式吸能顶杆的最佳方案。结果表明,近似模型的拟合精度较高,采用该模型的优化方案可提高膨胀式吸能管的耐撞性能。优化的临界角度为20.782°,误差小于0.313°。     

新颖圆形多胞复合填充结构的耐撞性

提出一种新颖的圆形多胞复合填充结构,该结构采用蜂窝和泡沫两类材料的交错复合填充。采用实验验证与数值研究相结合的方法,系统地研究了蜂窝和泡沫材料在全填充、部分填充及交互填充结构中的耐撞性。研究结果表明,针对单一材料填充的多胞圆管,部分填充结构比全填充结构具有更好的耐撞性能,其中,环形蜂窝填充结构（H40）和中心泡沫填充结构（F01）具有更优异的能量吸收特性。针对双材料复合填充的多胞圆管,则是中心泡沫填充与环形蜂窝填充的复合结构（F01H40）具有最佳的耐撞吸能性。最后,进一步结合Kriging近似技术与粒子群数值优化方法,对复合填充结构进行多目标优化设计,探索其最优耐撞性与最优参数匹配。结果表明,环形蜂窝部分填充结构（H40）、中心泡沫填充与环形蜂窝填充的复合全填充结构（F01H40）具有最优的耐撞性能。     

基于GA－RS的规则钢筋混凝土桥梁圆形单柱桥墩延性抗震优化设计

提出抗震结构集成优化设计的新方法,将多目标遗传优化算法与反应谱分析很好地结合起来,建立规则钢筋混凝土圆形单柱桥墩多目标抗震优化设计的通用框架,以圆形单柱桥墩的截面半径、纵向钢筋配筋率和横向箍筋配筋率为设计变量,以结构的初始材料造价、抗震强度需求能力比、抗震延性需求能力比为优化目标函数。通过把延性抗震设计问题转化为多目标优化问题,从而使设计者可以很好地平衡抗震设计的各种关键因素,并以可控的方式处理多个优化目标而获得Pareto意义上的最优设计参数。     

Al/CFRP混合薄壁结构耐撞性能可靠性优化设计

轻量化是实现汽车产业向安全、节能、环保发展的一个重要途径。Al/CFRP（carbon fiber reinforced plastic，碳纤维增强复合材料）混合材料能够在提升轻量化效果的同时兼顾材料成本和结构耐撞性能。为探索方形截面Al/CFRP混合薄壁结构的最佳组合方式，首先，制备了Al方管、CFRP方管和Al/CFRP混合方管，并开展准静态压溃实验。然后，建立能够精确模拟Al/CFRP混合方管压溃响应的有限元模型。最后，将试验设计方法、代理模型技术、多目标优化算法和蒙特卡罗模拟技术相结合，对Al/CFRP混合方管分别进行多目标确定性与可靠性优化设计，并对效果较好的可靠性优化解进行仿真验证。准静态压溃实验结果表明，Al/CFRP混合方管具有优异的耐撞性能；优化结果表明，可靠性优化解的约束可靠度相比于确定性优化解提高了10.96%，大大降低了失效概率，具有更强的实用性。研究结果有望对Al/CFRP混合薄壁吸能构件的优化设计提供参考。     

基于精确数值建模方法的自适应底座优化设计研究

建立自适应底座的精确数值模型,对底座进行优化设计研究。推导了帘线拉伸模量修正公式,给出了橡胶材料Mooney-Rivilin模型相关参数计算方法;建立了底座精确数值模型,得到附加载荷数值解并与试验对比验证;推导了附加载荷的积分表达式,获得了影响附加载荷的4个主要参数;以4个主要参数为设计变量,定义附加载荷匹配弹重为优化目标,基于试验设计方法(DOE)和神经网络算法(RBF),建立了底座数学近似模型,结合多岛遗传算法(MIGA)获得了底座的优化设计方案。结果表明:优化后底座的附加载荷峰值与弹重差值减小至原差值的9.1%,导弹俯仰、偏航方向角位移分别下降了8.2%、15.8%。     

乘用车-载货汽车追尾碰撞相容性结构优化设计

对一种已获得专利的新型货车后防护结构进行碰撞相容性优化设计,建立了该结构的乘用车-货车追尾碰撞有限元模型,并通过实车碰撞试验验证了模型有效性。为提高碰撞相容性,制定了防护架最大的吸能和乘用车前部最小的变形量两个优化目标函数,并设计了优化设计参数变量及其变化范围,采用正交化试验方法对16组参数进行了有限元仿真,并对优化目标的影响因素进行了显著性分析,最后,对得到最优的设计方案进行了实车碰撞试验