基于碰撞安全性的車身多學科設計優(yōu)化.pdf

1、隨著汽車產(chǎn)品的廣泛應用和交通事故的頻發(fā)，人們對其碰撞安全性的要求也越來越高，而汽車作為各項性能條件的矛盾綜合體，對于提高汽車碰撞安全性的研究，是一個復雜的系統(tǒng)性工程，如何很好的協(xié)調(diào)汽車碰撞安全性與其輕量化性能、NVH（噪聲、振動、聲振粗糙度）性能之間的制約機制，是當前較為難以解決的問題，多學科設計優(yōu)化方法的引入為解決這個問題提供了一個合理的途徑。
　　 本文首先利用有限元建模方法，建立某SUV車型的整車有限元模型，并對其模型進行

2、合理性驗證，根據(jù)企業(yè)相關(guān)標準及國家碰撞法規(guī)的要求，對其整車及部分構(gòu)件的強度、剛度、模態(tài)特性、碰撞安全性等各項評價指標進行CAE計算，根據(jù)有限元計算結(jié)果，對其可提升的性能進行優(yōu)化設計，并綜合考慮各項性能之間的相互制約作用，在保證碰撞安全性的前提下，協(xié)調(diào)控制車輛的其它各項性能并進行多學科優(yōu)化。
　　 本文對以下車身構(gòu)件進行了多學科設計優(yōu)化方案的研究:
　　 (1)以對背門質(zhì)量及一階固有頻率的靈敏度較高的幾個構(gòu)件的材料厚度為設

3、計變量，采用最優(yōu)拉丁方試驗設計方法獲得樣本數(shù)據(jù)，并用響應面法構(gòu)建了背門質(zhì)量及一階固有頻率的近似模型，利用序列二次規(guī)劃法對該兩個近似模型進行多學科并行優(yōu)化，在保證背門質(zhì)量不增加的情況下，顯著提高了背門的一階固有頻率。
　　 (2)以TRIZ沖突解決矩陣理論為基礎，對前車門防撞梁進行工藝改進及輕量化性能提升，將原防撞梁的三個構(gòu)件簡化為一個整體，將防撞梁由管型改進為M形截面形式。以M形截面車門防撞梁的材料參數(shù)作為設計變量，以提高車門防

4、撞梁的輕量化性能及其在側(cè)面碰撞中的吸能性為優(yōu)化目標，建立車門防撞梁輕量化性能及吸能性的多學科近似模型，通過遺傳算法最終得到最優(yōu)的車門防撞梁材料方案，在其質(zhì)量不增加的情況下，顯著提高了車門防撞梁的碰撞吸能性，并對車門防撞梁的布置位置進行了優(yōu)化，以再次提高其碰撞吸能值。
　　 (3)以發(fā)動機罩的一階固有頻率、質(zhì)量、及其在車輛正面碰撞中的吸能值為依據(jù)，選擇對該三個性能影響較大構(gòu)件的材料厚度為設計變量，采用正交試驗設計方法進行樣本數(shù)據(jù)設

5、計，使用響應面法建立發(fā)動機罩碰撞吸能性、一階固有頻率及質(zhì)量的多學科近似模型，以提高發(fā)動機罩的碰撞吸能性為優(yōu)化目標，以保證NVH性能及輕量化性能為約束，通過遺傳算法最終得到最優(yōu)的材料方案，顯著提高了發(fā)動機罩的碰撞吸能性。
　　 通過以上三個改進方案，使車輛在碰撞安全性、NVH性能、輕量化性能都得到了不同程度的提高，協(xié)調(diào)了各性能之間的約束沖突機制，驗證了多學科設計優(yōu)化方法在汽車車身改進中的可行性，并為車身構(gòu)件改進的實踐應用提供了理論