考虑顶压与侧碰安全性的轿车车身B柱结构优化设计

综合考虑车顶强度和侧面碰撞的安全性能,对某型轿车的B柱结构进行了优化设计。采用高强度钢结构和拼焊板技术将B柱内外板分成上下两部分进行焊接。将4块拼焊板的高强度钢选型和厚度作为离散设计变量,同时对材料成本、车顶最大承载作用力、B柱侵入速度和侵入量进行约束,建立了B柱结构优化的数 学模型。采用移动最小二乘法构造近似模型,结合遗传算法对B柱拼焊板结构进行了优化设计。结果表明：在材料成本基本不变的情况下,B柱结构总质量减小了13.8%,B柱侵入速度、侵入量分别减小了5.6%和3.8%,车顶承载能力提高18.53%,有效地提高了车顶强度和侧面碰撞的安全性能。     

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。     

高强度钢在商用车正碰安全性设计中的应用研究

商用车在我国经济发展中发挥了重要作用,开展商用车安全性研究具有很重要的意义。利用高强度钢对某商用车驾驶室进行正碰安全性优化设计,在保证乘员生存空间和不增加车身重量及材料成本的前提下,首先采用全局灵敏度分析筛选出影响正碰安全性的关键部件,然后将关键部件的材料替换为高强度钢,以部件的厚度作为设计变量结合NSGA-Ⅱ优化算法进行优化设计。结果表明,采用高强度钢设计后的驾驶室的正碰安全性有所提升,同时车身的动静态力学性能也满足使用要求,且车身质量和材料成本都有降低。     

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计,以副车架侧边纵梁结构参数为变量,建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量,采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型,并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证,结果表明,所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时,保持较好的轻量化水平。     

基于耐撞性的车身轻量化设计

耐撞性的分析一般都是以板厚尺寸为变量,文中增加了截面形状变量对车身耐撞性影响的研究。首先,分析某型车初始正面全宽耐撞性能并对比试验进行标定;其次,依据前舱结构的比吸能筛选变量并进行参数化和试验设计;最后,为了提高耐撞性优化的效率,通过拟合Kriging近似模型,采用多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:通过优化车身关键结构的截面形状和板厚,使得B柱峰值加速度和主要吸能梁结构的质量分别改善了1.23%和15.51%。     

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。     

基于响应面法某轿车后纵梁支架结构优化

针对某轿车追尾碰撞试验中后纵梁支架的耐撞性优化问题,运用中心复合试验方法合理分布试验点,并结合最小二乘法建立了以三对吸能槽位置为形状变量的刚性墙最大位移、撞击力峰值的响应面模型。采用遗传优化算法对响应面模型进行了优化计算。结果表明,在不影响后纵梁总成和车身其他结构的条件下,优化后的后纵梁支架有较好的吸能槽位置排布,其耐撞性有了显著提升。该优化方法能用较小的计算成本来有效预测和指导工程实践中产品的耐撞性设计,在车身结构和汽车零部件的耐撞性设计中具有一定的实用与推广价值。     

帽形截面耐撞薄壁结构的棱边强化与优化设计

为了满足车身轻量化要求,乘用车耐撞车身的关键承载结构越来越多采用超高强度薄钢板制作。但是为减小板厚而提高材料强度可能引发平板屈曲,导致薄壁箱型结构受压侧的极限承载力的降低。为此,根据平板和圆柱壳棱边的屈曲理论,讨论帽形截面的薄壁箱型结构受压侧的有棱边强化平板的后屈曲极限承载力。通过CAE数值模拟,求得单向均匀压缩带棱边强化平板的横截面应力分布和极限承载力。从而明确用棱边强化钢板部件替代热成形钢板部件在乘用车耐撞结构中应用的可行性。最后,梳理了棱边强化设计应用的前景和后续待研究的课题。     

汽车车身结构安全部件材料的优化设计

随着人们安全意识的提升,对汽车安全性能也随之提出了更高的要求。本文结合汽车车身结构安全性能的相关要求,提出了一种高强度钢材料匹配的部件材料优化设计方法,并通过各种模型数据计算证实,该方法在车身设计上,可较好的实现对汽车正碰撞的耐撞性能的提升,且能够促使车身结构轻量化。为此,该方法是一种具有较高有效性和准确性,使得新产品开发周期能够得以缩短的设计方法。     

考虑制造成形质量的保险杠系统多目标优化设计

针对保险杠系统设计制造质量-成本与耐撞性的要求,文中提出了一种考虑制造成形质量的保险杠系统多目标优化设计方法。该方法首先建立了以拉裂和起皱程度为制造成形质量评价准则的保险杠系统主要吸能部件的冲压成形模型,以及以吸能、受力和侵入量为耐撞性评价准则的保险杠系统正面碰撞模型。将防撞梁和吸能盒的壁厚作为连续型设计变量,材料型号的选择作为离散型设计变量,结合质量和成本要求建立了多目标优化设计函数关系。然后通过径向基函数构建代理模型,并采用微型多目标遗传算法求得Pareto最优解集,再由TOPSIS决策方法从该解集中选取最优设计方案。最后对某保险杠系统进行多目标优化设计,结果验证了该方法的有效性。     

某轿车白车身结构强度分析与优化研究

在车辆开发过程中,车身结构强度是评价车辆安全性的重要指标之一。采用有限元分析法来对汽车白车身结构强度进行分析,可以有效缩短汽车白车身研发过程,并优化车身制造成本。以某轿车白车身为研究对象,以车身结构强度及不同工况下乘坐安全性为导向,对轿车白车身结构进行分析,并提出优化方案。首先,采用Hypermesh软件建立了轿车白车身模型;接着,结合轿车实际工程,在制动工况下对车身结构强度进行分析;最后,对安全带固定点以及驾乘座椅连接位置进行应力及变形分析,并对当前白车身提出有效优化方案。结果表明,通过有限元分析,可在保证车身结构强度的基础上实现轻量化,并降低企业生产成本。     

Application of Hot Forming High Strength Steel Parts on Car Body in Side Impact

Lightweight structure is an important method to increase vehicle fuel efficiency.High strength steel is applied for replacing mild steel in automotive structures to decrease thickness of parts for lightweight.However,the lightweight structures must show the improved capability for structural rigidity and crash energy absorption.Advanced high strength steels are attractive materials to achieve higher strength for energy absorption and reduce weight of vehicles.Currently,many research works focus on component level axial crash testing and simulation of high strength steels.However,the effects of high strength steel pans to the impact of auto body are not considered.The goal of this research is to study the application of hot forming high strength steeI(HFHSS)in order to evaluate the potential using in vehicle design for lightweight and passive safety.The performance of HFHSS is investigated by using both experimental and analytical techniques.In particular,the focus is on HFHSS which may have potential to enhance the passive safety for lightweight auto body.Automotive components made of HFHSS and general high strength steel(GHSS)are considered in this study.The material characterization of HFHSS is carried out through material experiments.The finite element method,in conjunction with the validated model is used to simulate the side impact of a car with GHSS and HFHSS parts according to China New Car Assessment Programme(C-NCAP)crash test.The deformation and acceleration characteristics of car body are analyzed and the injuries of an occupant are calculated.The results from the simulation analyses of HFHSS are compared with those of GHSS.The comparison indicates that the HFHSS parts on car body enhance the passive safety for the lightweight car body in side impact.Parts of HFHSS reduce weight of vehicle through thinner thickness offering higher strength of parts.Passive safety of lightweight car body is improved through reduction of crash deformation on car body by the application of HFHSS parts.The experiments and simulation are conducted to the HFHSS parts on auto body.The results demonstrate the feasibility of the application of HFHSS materials on automotive components for improved capability of passive safety and lightweight.     

基于连续响应表面法的汽车结构耐撞性仿真优化

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.耐撞性的优化涉及到材料与结构的众多参数,传统的设计、仿真及碰撞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.为解决汽车碰撞的优化问题,文中采用连续响应表面方法,通过变量筛选技术和一阶线性响应表面模型,并结合非线性有限元程序进行全局寻优.汽车前端结构的耐撞性优化表明,该方法具有较高的精度和稳定性.     

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.     

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。     

基于耐撞性拓扑优化的汽车关键安全件设计

将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中,阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法,并给出其迭代求解的数学模型。结合该方法,对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧面碰撞的并行拓扑优化,根据优化结果的材料分布情况进行了工程诠释。在整车碰撞有限元模型中对工程诠释结果进行了验证,结果表明：耐撞性拓扑优化方法行之有效,且拓扑优化结果使得车辆的碰撞性能有一定的提高。     

基于鲁棒性的概率优化设计在薄壁构件耐撞性中的应用

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，传统的确定性优化设计、碰撞仿真及实验往往只能在一定程度上改善结构的碰撞性能，而无法评估设计参数的可靠性和目标函数的鲁棒性，以及在给定可靠性约束条件下使目标函数的鲁棒性达到最优状态。将实验设计、响应面模型和蒙特卡罗模拟技术相结合，构造了基于产品质量工程的6σ鲁棒性优化设计方法，实现了对设计目标的优化，并提高了设计变量的可靠性和目标函数的鲁棒性。