基于自动化仿真与NSGA-Ⅱ算法的动力两轮车事故智能化重建方法研究

基于试错法调节参数的事故重建过程高度依赖分析人员的经验和直觉,其效率低下且难以保证重建结果的精度。提出一种结合自动化仿真与多目标优化理论的动力两轮车事故智能化重建方法。基于ISIGHT多学科优化平台建立多刚体模型自动化运行框架;采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对5个位置目标进行优化,选取12个初始碰撞参数作为设计变量,头-车碰撞位置和横向运动方向作为约束条件;通过2例动力两轮车事故重建验证方法的有效性。结果表明,24 h完成了480次仿真并找到最优解,平均重建目标误差低于5%,最大重建误差为12.4%。目标函数寻优过程、函数收敛趋势、仿真结果与事故事实的对比(如参与方停止位置、损伤情况、碰撞速度、碰撞后运动过程等)均表明了该方法的有效性。动力两轮车事故智能化重建方法实现了自动化参数调整、仿真运行、结果处理,显著提高了重建效率且保证了结果精度。结合自动化仿真与多目标优化的方法可广泛用于其他类型事故的重建。     

基于人体损伤特征的车—人碰撞事故再现模拟与分析

分析车—人碰撞事故中两类行人数值模型的特点,多刚体行人数值模型建模简单,计算速度快,有限元行人数值模型计算精度高,可以对人体局部损伤给出精确的力学分析。结合上述两类模型的特点,提出面向事故中人体损伤特征的组合式模块化行人假人数值模型构建方法,并以车—人碰撞事故中常见的下肢损伤为例,建立多刚体—有限元耦合接触的人体下肢模型,对此模型进行合理性验证。应用上述两类模型,对一起典型的车—人碰撞事故进行分析,通过多刚体模型对车辆速度进行判断,利用多刚体—有限元耦合的人体下肢模型对事故中的下肢损伤进行数值分析。数值模拟结果表明基于人体损伤特征的行人建模方法可以在事故再现中达到计算精度和效率两方面的平衡。     

基于接触特征的车—人碰撞事故模型构建与分析

接触损伤和接触变形是交通事故遗留的重要信息,车—人碰撞事故数值再现通常采用标准体形的假人模型和基于椭球体简化的刚体汽车模型,导致车、人接触位置数值仿真结果与真实事故场景存在较大差异,同时,当车速较高时汽车与行人接触部位容易产生过度穿透等问题。以缩放技术为基础,提出基于事故中受害人6大部位体形特征的假人数值模型定制方法。通过材料等效刚度曲线对车身接触部位进行定义,模拟车、人真实接触状态。通过行人与车身等效接触模型的建立,可以提高仿真计算精度,实现计算精度和计算效率的平衡。将上述方法在一起典型的车—人碰撞事故案例中进行应用,仿真结果表明,所得到的事故再现结果精度高、可靠性好,能够满足车辆变形状态下车—人碰撞交通事故过程再现的要求,为交通事故数值再现中的接触问题研究提供了新的思路。     

行人头部碰撞仿真及优化

人一车碰撞事故中行人的头部同汽车的碰撞往往是造成致命性伤害的关键因素,利用DYNA软件能较好地实现对碰撞过程的仿真,仿真精度能够满足要求并且再现性好。文中介绍了某款车型对头部碰撞的仿真,并对头部的伤害值进行评估,着重分析了造成致命伤害的主要原因,为新车的行人碰撞保护的研究和设计开发作参考。     

真实事故中通过制动控制降低人地碰撞损伤的潜在效益及时空约束

为研究制动控制在降低人地碰撞损伤方面的潜在效益及其时空约束,首先从前期积累的事故数据库中筛选出139例真实的人车碰撞事故,利用PC-Crash对所有事故进行再现,再通过控制车辆制动以降低人地碰撞损伤,最后采集人体各部位损伤、头车与头地碰撞位置及制动控制过程中的时空约束等信息。分析结果显示,在真实事故中人车首次接触后车辆完全制动与否不会对人体损伤造成显著影响;通过制动控制能够显著降低头、臀与地面碰撞所致损伤,并能降低头车、头地碰撞位置的重合率,且不会加重车辆所致损伤;但要求车辆在较短时间内做出判断以正确控制车辆,且8.4%的案例在现实中未有足够空间让车辆实施制动控制。     

基于风挡玻璃凹陷量的人车事故车速计算模型

根据风挡玻璃在行人头部冲击后产生的凹陷量,提出一种基于矩形薄板冲击动力学理论的人车碰撞事故车速计算模型.建立行人头部与风挡玻璃碰撞的抽象物理模型,并根据人车碰撞的特定情形,将适当的材料参数分别赋予风挡玻璃和头部.在保证模型精度的前提下,将风挡玻璃视为矩形薄板,且约束形式简化为简支形式.根据Hertz弹性体接触理论和能量守恒定律,建立头部冲击力与矩形薄板挠度之间的关系.利用Namer定理将风挡玻璃的凹陷量进行改写并得到头部冲击速度与风挡玻璃挠度的模型.结合人体上风挡玻璃时汽车碰撞速度与头部冲击风挡玻璃速度之间的定量关系,建立风挡玻璃凹陷量与汽车碰撞速度之间的计算模型.经实际交通事故案例验证,该模型计算快速,结果可靠,为人车碰撞交通事故再现中的车速计算提供一种新的计算方法.     

基于车辆-行人碰撞颅脑伤防护的参数研究

研究了汽车行驶速度及前部结构各设计参数对行人颅脑损伤的影响，讨论了颅脑损伤防护的可行性措施。运用多刚体动力学软件Madymo建立了基于不同车型参数的汽车前部结构数学模型以及行人人体数学模型，进行了车辆-行人碰撞的计算机仿真，并对仿真结果进行了分析研究。研究表明，汽车行驶速度、发动机盖盖沿高度以及发动机盖和挡风玻璃的刚度等参数对行人颅脑损伤影响显著。     

行人腿部保护汽车前部结构优化

为减少人车碰撞事故中对行人的伤害,采用LS-DYNA软件模拟人车碰撞过程,分别模拟了刚性腿型和柔性腿型的碰撞情况,得到行人小腿的伤害规律。同时,针对柔性腿型的分析结果,对汽车前部结构从三个方面进行优化:改进泡沫刚度,行人腿部总得分值提高了10.01%;改变小腿支撑,行人腿部总得分值提高了10.37%;改进保险杠横梁,行人腿部总得分值提高了17.63%。通过改进汽车的前部结构,柔性小腿的碰撞性能得到了优化,为行人保护方面的汽车前部结构设计提供了参考。     

均分区域法标记试验区域的行人保护试验研究

现阶段我国仍属于人、车混合的交通状况,车辆碰撞事故频繁发生.在车辆与行人碰撞事故中,行人属于弱势群体,加上现阶段车辆缺乏对行人保护的措施,行人伤亡严重.在汽车行人碰撞事故中,行人头部受重伤是造成行人死亡的主要因素;行人腿部受伤是造成行人受重伤的主要因素.基于两款车辆以均分区域法标记试验区域的行人保护头型碰撞测试数据,对...     

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。     

OPTIMIZATION METHOD FOR VIRTUAL PRODUCT DEVELOPMENT BASED ON SIMULATION METAMODEL AND ITS APPLICATION

Virtual product development (VPD) is essentially based on simulation. Due to computation-al inefficiency traditional engineering simulation software and optimization methods are inadequate toanalyze optimization problems in VPD. Optimization method based on simulation metamodel forvirtual product development is proposed to satisfy the needs of complex optimal designs driven byVPD. This method extends the current design of experiments (DOE) by various metamodeling tech-     

基于iSIGHT的多学科优化方法研究

多学科协同建模、仿真、优化是提高复杂产品设计质量的有效途径之一,针对在机构设计中过度考虑安全因素,导致材料浪费的问题,研究了在iSIGHT多学科优化平台上利用CAD／CAE学科软件搭建的装载机执行机构的多柔体虚拟样机模型。介绍了面向模型的多领域协同仿真技术及基于系统过程集成和命令文件解析的建模技术。应用多学科变量耦合优化算法有效地解决了子系统之间的耦合和并行优化设计。从结果分析中可以看出,用该方法有效地实现了装载机执行机构的轻量化设计。     

基于滑移边界法的微型涡喷发动机用高速发电机优化设计

以微型涡喷发动机用高速永磁发电机为对象,进行电机优化设计研究。传统有限元仿真法在反电势和电感计算方面过于复杂,针对这一问题,将滑移边界法与有限元分析结合,提出一种基于滑移边界条件的电机有限元仿真模型。在此基础之上,将基于滑移边界有限元模型的电磁参数计算与梯度下降优化方法相结合,提出改进梯度优化算法,开展以发电机最小体积为优化目标的优化设计研究。基于上述优化结果设计了多台微型涡喷发动机用高速发电机样机,并通过对电机的电磁参数测试验证了所提方法的有效性。     

解相关路径的裂纹扩展模拟及其应用

化工设备的断裂失效事故多发且危害严重,裂纹扩展模拟分析具有应用价值.裂纹扩展多基于预设路径进行模拟,在较复杂的情况下,裂纹的扩展路径是未知的,对裂纹扩展准确模拟会遇到困难,导致工程应用受到限制.基于扩展有限元法、内聚力模型和连续损伤力学,实现解相关路径的裂纹扩展模拟仿真,并通过一个实际工程失效案例——新氢机排气阀盖断裂失效,对模拟方法进行了应用探讨.结果表明,模拟能够得到潜在的断裂失效发生位置与裂纹扩展路径,且与实际断裂事故基本吻合,对失效分析和事故预防具有指导作用.     

基于接触摩擦非线性特征的车-人交通事故数值再现分析

车-人接触碰撞事故作为一种典型的交通事故类型,包含车、人、地三个系统,涉及变量众多,再现过程复杂。其中,人-地接触摩擦因数作为典型的输入参数,对事故再现结果有着重要影响。传统的交通事故数值再现计算中,摩擦因数一般作为定值输入,其仿真结果与实际物理过程存在较大偏差。通过纤维-粗糙路面接触的简化物理模型探讨车-人交通事故中人-地接触摩擦的非线性关系,提出针对车-人碰撞交通事故的人-地摩擦因数与法向力函数关系的构造方法,并通过典型车-人碰撞事故案例对其进行了验证。案例分析表明,基于上述方法构造的摩擦因数数学模型可减小仿真结果与实际物理过程的偏差,从而为交通事故鉴定提供更为准确有力的技术依据。将接触摩擦力学应用于交通事故再现数值计算的思想为后续相关研究提供了参考。     

基于拓扑优化的某全金属Vivaldi 天线轻量化设计

近年来,天线的轻量化设计受到普遍关注。随着优化理论和仿真技术的快速发展,基于拓扑优化的天线轻量化设计已成为重要的研究方向。文中以某全金属Vivaldi 天线为研究对象,运用拓扑优化基本理论,结合有限元仿真手段,对其天线单元进行了轻量化设计。仿真结果表明：通过轻量化设计,该天线在满足动态特性和辐射特性的前提下,其阵列的总质量下降了近15%,达到了预定要求,说明这是一种行之有效的轻量化设计方法.     

基于仿真的虚拟设计中的统计回归与优化研究

将统计回归技术和试验设计作为一种方法学引入虚拟设计过程,系统地总结了试验设计策略和统计回归模型的选择原则;基于复合材料结构数值分析过程,从模型精度、模型优化效率及模型透明度对试验设计策略和统计回归模型进行了研究和对比;最后,提出了全局近似和优化精度面向不同目标的启发式采样策略的改进方法。初步实践表明,该方法可优化基于仿真的虚拟设计,揭示了仿真规律,实现了仿真和优化算法的快速集成。     

面向生产线仿真模型的优化技术研究

针对复杂生产线控制参数的优化问题,提出了一种基于遗传算法的仿真优化方法,该方法在传统遗传算法的基础上,采用小生境种群生成技术、整体与局部交叉繁殖策略和自适应变异算子,在实际测试中大大地提高了优化的效率.最后给出了算法的求解实例及与同类软件的比较结果.     

基于Pro/e与ANSYS WORKBENCH的复杂装配件协同仿真及优化

针对单一环境下复杂装配件设计过程存在的局限性,提出了基于Pro/e与ANSYSWORKBENCH协同仿真及优化的解决方案。对Pro/e与ANSYS WORKBENCH协同仿真及优化过程的关键技术——参数化建模、参数传递、接口问题、连接问题、网格策略及优化方案进行了系统的研究。并给出了一个基于该方案的复杂装配件设计、分析及优化的应用案例。初步的实践表明该方案可以有效的解决复杂装配件设计、分析及优化问题。