基于灵敏度的车门下沉刚度分析及优化

文中将灵敏度分析方法和优化方法相结合,快速有效地解决汽车车门下沉刚度不足的问题。首先在灵敏度方法的相关理论基础上进行灵敏度分析,找出影响车门下沉刚度的灵敏部件,将灵敏部件的厚度作为优化设计变量、车门下沉刚度目标值作为约束、车门部件的重量作为目标函数建立优化模型,运用adaptiveResponseSurfaceMethod优化算法,找出部件厚度的最优值,在满足车门下沉刚度的同时使车门轻量化。     

相对灵敏度与综合优化策略下的某商用车驾驶室轻量化设计

针对商用车驾驶室等复杂结构的轻量化设计,建立有限元模型。为避免优化的盲目性,提高设计效率,本文对模型进行灵敏度分析,建立各部件对驾驶室整体性能及总质量的贡献度;并进一步提出用相对灵敏度评价方法选择优化变量,简化变量选择过程。最后,提出3种基于不同优化方向的驾驶室结构设计方案:轻质量方案、高刚度方案及综合方案;根据不同优化结果的对比分析,综合优化方案快速实现了总体轻量化设计目标。     

某纯电动汽车后减震器座安装点刚度分析及优化设计

在某款纯电动汽车的设计开发过程中,为满足驾驶稳定性、舒适性及整车安全要求,使车辆能够在复杂的路况下实现安全及平稳的行驶,针对该款车型存在后减震器座Y向刚度不足的问题,利用CAE软件建立含后减震器座安装点的白车身有限元模型,并进行刚度分析。根据CAE分析结果提出优化方案,再对优化方案进行刚度分析,最终找出能够有效提高后减震器座安装点刚度的最佳方案。该方案不仅可以满足性能要求,节约产品开发成本,缩短产品开发周期,而且为后减震器座结构改进和优化设计提供参考。     

概念设计阶段基于混合元模型的纯电动铝合金汽车车身轻量化优化设计

在汽车车身概念设计阶段,针对轻量化设计及优化白车身刚度问题,建立了某款纯电动铝合金汽车车身骨架基于真实接头的简化力学模型。运用灵敏度分析筛选出灵敏度较大部件,然后利用元模型的优化方法(hybrid and adaptive meta-modeling method,HAM)对灵敏度较大部件进行截面厚度优化,使优化目标车身质量得到了降低,同时改善了车身的模态和刚度,根据研究的数据制造了电动车车身。     

基于灵敏度分析的某铝合金白车身轻量化研究

以某铝合金白车身为研究对象,建立有限元分析模型。以车身结构关键零部件的厚度为设计变量,对白车身质量、模态频率、弯曲刚度、扭转刚度进行灵敏度分析。根据灵敏度分析结果,对以上结构性能灵敏度较低的部件进行轻量化、对结构性能影响较大的部件进行厚度优化。最终在保证铝合金白车身以上结构性能不降低的情况下,提出具有重要指导意义的轻量化方案,实现了满意的减重效果。     

基于隐式参数化的白车身扭转刚度提升

基于某全新开发车型,在项目开发早期阶段,使用隐式参数化设计软件SFE CONCEPT,建立白车身隐式参数化模型并进行扭转刚度摸底分析,性能和质量与目标值相差甚远。在车身优化设计阶段,选取68个设计变量,包括厚度、形状、位置、截面、结构等,对这些选取的设计变量进行扭转刚度和质量的灵敏度贡献率分析,结合质量指标优化方案拓扑分析,优化后的扭转刚度提升至8 080 N·m/(°),减重23.33 kg。通过实车试验,验证了隐式参数化模型的准确性,为后续项目开发提供参考,且缩短了车身车开发周期,降低了质量,节约了成本。     

汽车大板件抗凹陷性分析方法研究

针对汽车轻量化设计出现的汽车大板件抗凹陷性性能降低的问题,提出用刚度、不稳定量和残余变形来评价抗凹陷性能的方法,并通过软件模拟和实验进行了分析和对比,为汽车的大板件的合理设计提供了依据.     

基于刚度与模态分析的客车结构轻量化研究

利用有限元法分析了某半承载式客车车身骨架的刚度与模态.在此基础上,重点以整车状态下的车架为研究对象,进行灵敏度分析,通过选择有效的设计变量,在满足刚度和模态性能的条件下,以整车质量最小为目标函数进行了尺寸优化.最后通过对后排五人座椅处结构的调整,优化了该局部的受力模式,进一步减少了该处的下沉量,得到了符合设计要求的改进方案.     

基于单位质量灵敏度的重卡驾驶室白车身轻量化研究

建立某重卡驾驶室白车身的轻量化有限元模型,并对其进行了有效性验证。选取车身上有优化空间的钣金件作为设计区域,以设计区域质量最小作为优化目标。在保证车身刚度和模态性能指标的前提下,提出一种能量化性能指标对轻量化程度的单位质量灵敏度方法,用此方法优化钣金件的厚度大小并进行修正。最后,通过模态、刚度以及碰撞安全等性能指标验证优化后的数据。结果表明:轻量化后的驾驶室总质量降低了14.1 kg,所考察的性能均有所提高,满足设计要求,实现了对驾驶室白车身质量的优化,减少制造成本。     

发动机罩的结构轻量化设计

应用拓扑和形貌联合优化,以及基于DOE灵敏度分析的尺寸优化对发动机罩进行轻量化设计。分析了原发动机罩主要承载状态的刚度和一阶约束模态。两种优化设计方法均以体积最小为目标,弯曲刚度、扭转刚度、侧向刚度和一阶约束模态频率为约束条件。根据优化设计结果,给出了两种轻量化方案。对比优化前后的结构性能,从刚度和一阶约束模态频率角度验证轻量化方案的可行性。CAE分析结果表明,两种方法均可以达到降低发动机罩质量且满足结构性能要求的目的,而且,对此发动机罩尺寸优化的轻量化效果更好。     

车身动态刚度链建模及正向概念设计研究

提出了车身正向概念设计流程,由车身A级面及整车总布置方案建立了车身简化几何模型,确定了22个车身主断面位置,并以主断面属性为设计变量,基于梁单元理论与传递矩阵法得到模态坐标系下的车身动态刚度链数学模型,建立了主断面属性与车身固有频率的关系。以车身轻量化为目标函数,以车身静刚度与固有频率为约束条件对车身进行优化,采用遗传算法求解,确定优化后的各主断面属性参数。通过对比近似标杆车的静刚度与模态分析结果验证了动态刚度链设计方法的可行性。     

半承载式客车骨架有限元建模与轻量化研究

采用薄板单元和梁单元相结合的方法,建立了某半承载式客车骨架的有限元模型,并通过试验对模型进行了验证。首先,对原车模型进行了强度分析,获得整车应力分布信息,结果表明大部分构件有足够裕量储备,可以通过改变结构、构件截面参数等方法来进行优化减重。其次,通过构件对整车重量的灵敏度分析,获知对整车重量影响较大的构件,提出了轻量化优化方案,该方案减重达7.35%,效果明显。最后,通过对优化前后整车强度、刚度、模态特性等的比对,验证了优化方案的可行性。     

某微型客车车架模态及刚度的有限元分析

车架是微型客车的主要部件．其动态特性及静刚度对整车性能有着重要的影响。通过建立某微型客车车架的有限元模型．对车架进行自由模态计算和弯扭刚度分析．验证该车架是否满足设计及工程要求．并对车架结构的进一步设计开发提供指导和依据。     

薄壁梁结构的电动汽车车身刚度正向设计方法

汽车车身骨架结构由薄壁梁构成,因此将薄壁梁理论运用到车身正向开发设计中。改进文献中的车身刚度设计方法,推导了包括双力矩和翘曲函数等在内的薄壁结构的14个状态向量与15个截面属性之间的力学关系;建立了包含主断面属性的车身梁单元刚度分析模型和以车身接头为耦合点的整车刚度链力学模型。通过对比相同模型的有限元分析结果以及文献中的刚度链计算结果,验证了提出的薄壁结构车身刚度计算方法的合理性。最后,以车身弯曲和扭转刚度为约束条件,以车身质量为目标函数,运用遗传算法进行求解,得到了比对应文献更好的车身轻量化设计效果。     

主应力场驱动的复杂薄壁件刚度增强方法

针对传统井字形加强筋等加强方式在复杂薄壁件的刚度增强效果并不总是最优的问题,提出了一种复杂薄壁件的刚度增强方法。探究了基于主应力场模型的王莲筋脉布局的仿生原理,提出了主应力场驱动的复杂薄壁件轻量化刚度增强优化方法。实验结果表明,与井字形加强筋结构相比,结构质量基本相同时,该方法生成的复杂薄壁件的比刚度增大33%。     

基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究

建立了某大型客车车身骨架FE模型,获取了自由模态参数以及静态弯曲和扭转工况下的刚度和强度特性。基于分析结果,对车身骨架结构形式进行了改进。利用优化设计方法,建立了以客车薄壁梁厚度为设计变量,车身总体积和表征车身刚度的状态量为响应的优化模型。通过对影响车身轻量化和力学性能指标构件的灵敏度分析,筛选了设计变量,重新建立了以车身骨架总体积最小为目标的优化模型,得到了轻量化效果明显的优化方案。最后对轻量化模型进行典型工况分析,与初始模型进行了对比,验证了优化方案的可行性。     

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。     

基于差动轮系的变刚度执行器及变刚度柔性手爪

结合差动轮系和杠杆原理设计了一种调刚范围从0～+∞的变刚度执行器,并完成了其结构优化设计和调刚能耗优化设计。该变刚度执行器具有变刚度范围大,调刚能耗需求低,占用空间小,易控制,响应速度快,可靠性强,技术实现可行性高等优点,具有一定的实际应用意义。在此基础上设计了一款欠驱动变刚度柔性手爪,将变刚度执行器作为手爪关节的驱动单元,通过调节变刚度执行器的刚度来改变手爪的刚度。最后,搭建了变刚度柔性手爪的硬件平台,对变刚度执行器进行了刚度测量,验证了所设计的变刚度执行器在进行刚度调节上的可行性。进行了变刚度柔性手爪的力控制实验,成功实现了对柔软物体的抓取。对变刚度柔性手爪的单指进行了性能分析,并验证了手指刚度与变刚度执行器刚度呈正相关关系,完成了变刚度柔性手爪性能实验验证。     

整车环境下商用车驾驶室静力模态刚度贡献

驾驶室与车架通过驾驶室支承弹簧连接,具有复杂的弹性耦合关系。商用车的优化方法主要有尺寸优化、形状优化以及拓扑优化,这三种方法只能有效地对单个零件优化,不能对具有复杂耦合关系的汽车零件进行优化。为此,引进了结构静力模态刚度的概念,推导了其相应的算法。通过计算驾驶室各部件静力模态刚度贡献,从而可找到关键部件做为可设计元件。此方法已应用于在整车安装的环境下对驾驶室的刚度贡献分析,结果表明,本文的方法是有效的。