基于响应面法的活动横梁动静态特性多目标优化

为了满足300MN液压机活动横梁在具有高的动态特性的基础上,还使结构具有轻量化的要求,提出一种基于响应面法的动静态特性多目标优化方法。首先采用中心组合试验设计方法(CCD)得到样本试验点和各试验点的试验数据,采用二阶响应面建模的方法建立活动横梁各性能指标的响应面数学模型。将活动横梁的最低固有频率和活动横梁的整体质量作为目标函数,最大应力为约束函数,结合响应面模型,采用Shifted Hammersley序列抽样技术和权衡函数结合的遗传算法对活动横梁进行多目标优化,得到Pareto的优化解集,经过优化可使活动横梁的质量减轻12.2%,固有频率增加27.22%,使活动横梁在具有高的动静态特性的基础上还具有轻量化。     

基于可制造性约束的车身变截面梁关联优化设计

在车身主断面设计过程中,变截面梁的设计一直存在较多问题,其形状设计受到结构性能和可制造性因素的多重约束。文中对车身变截面梁的设计问题进行了研究,通过构造基于工程约束的形状优化关联设计变量,建立了车身薄壁结构的多截面关联优化设计算法,实现了考虑可制造性约束的变截面梁优化设计方法,还可支持多种材料设计。同时提出了适合工程优化的最优解选择评分公式,实现了最优解的自动选取。该方法既可以应用于正向设计过程中车身主断面的变截面梁轮廓线的确定,也可对现有梁的结构性能的改进优化,实现制造成本降低和车身轻量化设计。文中给出具体的变截面梁关联优化算法,并通过某车型B柱截面优化实例验证了该算法的有效性。     

车身多性能约束下的一体压铸三角梁轻量化设计

系统性地构建了一体压铸结构的优化方法,基于车身系统超单元模型实现多性能约束下的车身压铸件轻量化设计。首先,缩减复杂的车身系统,针对连续的车体结构,提出了子系统划分原则和方法,分别对各子系统进行超单元缩减,保证车身系统模型的分析精度并提高计算效率,为快速优化奠定基础;其次,同步考虑压铸结构单体性能和车身系统性能,采用折衷规划法归一化静动态子目标并构建综合目标函数,应用层次分析法得到子目标权重系数,进而开展了多模型拓扑优化,确定了加强筋位置分布;进一步地,同步考虑可设计与可制造性,对压铸结构变厚度拔模面进行参数化定义,并在优化过程中施加制造约束,基于构造的组合代理模型完成厚度参数设计。研究结果表明：在保证分析精度的前提下,缩减的车身系统模型可节省97.3%的计算资源;通过优化,在大幅提高车身一体压铸三角梁结构相关性能的同时,可实现轻量化,表明了所提方法的正确性和实用性。     

基于径向基函数神经网络的白车身减重优化研究

针对白车身变量多、性能响应复杂问题,在车身结构的板厚优化设计中引入近似模型方法,提高设计效率。以某轿车车身结构为轻量化设计对象,通过灵敏度分析确定优化设计变量,基于径向基函数神经网络近似模型进行全局优化,在不降低刚度和模态性能的情况下实现白车身减重目标。通过最优拉丁超立方试验设计构造样本点,用径向基函数神经网络法构造刚度和模态的近似模型,并用自适应模拟退火法进行优化求解。结果表明,径向基函数神经网络模型能较好地模拟车身结构刚度和模态响应问题,提高了整体的设计效率。通过有限元模型的验证,基于近似模型的优化结果精度较高,实例白车身减重达5.73%。     

微型电动汽车车身的轻量化

目前对于电动汽车车身轻量化研究中,多数都没能兼顾优化后车身性能、优化效率和精度。为了提高轻量化后车身的性能,提出一种综合考虑质量、刚度与一阶振动模态的多目标优化设计法。将有限元分析法和实验验证相结合,构造了基于材料和尺寸的微型电动汽车车身轻量化方法,确保了优化精度。采用灵敏度分析法确定关键部件厚度为优化模型的设计变量,提高了轻量化研究的效率。与传统的轻量化研究相比,该方法在获得近似最优解的同时能够保证轻量化后的车身性能满足要求,并且提高了计算效率和精度。     

基于NSGA-Ⅱ混合灵敏度分析的白车身轻量化优化设计

针对白车身的轻量化问题,提出了一种基于混合灵敏度分析的参数化优化方法。通过有限元仿真,标定白车身的弯扭刚度及模态性能。以试验设计分析零件厚度相对白车身弯扭刚度及模态的灵敏度,确定并筛选出对白车身刚度及模态性能影响不大的零件。将零件厚度作为多目标优化的设计变量,以白车身质量最小化、弯扭刚度最大化为优化目标,模态性能为约束条件构建多目标优化设计函数。基于NSGA-II遗传算法,进行白车身结构的轻量化优化设计。经Isight优化求解仿真,优化所选零件的厚度,轻量化设计了白车身结构。轻量化设计后的白车身性能仿真结果表明,其刚度及模态性能得到保证的前提下,白车身质量减轻了5.7%。     

基于中心点精确响应面法的板壳结构优化

对响应面方法中两个最为关键的概念——近似函数及试验设计做了简单描述,选择线性函数作为约束条件的近似函数形式,并对位移和应力约束作不同处理,位移约束不合常数项,而应力约束含常数项。提出了一种适合建立一阶形式响应面并使结构分析次数最少的试验设计方法——中心扩展法。求解响应面时在最小二乘法的基础之上作了改进,提出中心点精确响应面法,使拟合的响应面中心点处的响应值精确等于有限元分析值。最后通过数值算例说明改进后的响应面法对于板壳结构优化的可行性和优越性。     

基于响应面法的牵引杆轻量化设计

针对牵引杆的轻量化设计问题,提出了采用响应面法与有限元分析相结合的轻量化设计方法。利用多目标优化算法求解响应面法得到的拟合数学模型,然后利用有限元分析方法进行检验和优化。结果表明,轻量化设计后的牵引杆试验机质量为151.77 kg,最大应力值为336.17 MPa,满足预期目标,证明该轻量化设计方法的有效性。     

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。     

基于侧面碰撞安全性的汽车车身结构优化设计

针对车身的侧面碰撞安全性与轻量化两学科相互制约的问题,建立某SUV侧面碰撞仿真模型进行研究,并对其仿真结果进行分析,分析得到对车身安全性有重要影响的关键构件并将其厚度作为设计变量;通过均匀试验设计获取试验数据,并用逐步回归方法构造整车侧碰安全性和轻量化等性能相关的响应面近似模型,然后运用序列二次规划法(SQP)结合基于自适应加权的多目标优化方法对车身结构进行多学科协同优化。在保证整车轻量化目标的同时,显著提高了车身侧面碰撞安全性。