基于傳力路徑剛度的汽車正碰安全性正向設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、在當(dāng)代汽車工業(yè)研究中，汽車碰撞安全性能的評(píng)估和優(yōu)化是一項(xiàng)重要課題。國內(nèi)汽車行業(yè)的車身設(shè)計(jì)通常采用逆向技術(shù)，在進(jìn)行碰撞性能評(píng)估和優(yōu)化時(shí)，主要參考對(duì)標(biāo)車型數(shù)據(jù)，依靠工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，缺乏有效的理論指導(dǎo)。正向設(shè)計(jì)則是在早期階段，根據(jù)性能目標(biāo)給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，完成對(duì)車身結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，指導(dǎo)詳細(xì)階段設(shè)計(jì)。由設(shè)計(jì)目標(biāo)反求結(jié)構(gòu)變量的問題屬于正向設(shè)計(jì)范疇，這種問題通常采用優(yōu)化算法迭代求解獲得最優(yōu)解，要求計(jì)算模型具備高效率和高精度的特點(diǎn)。而基于傳統(tǒng)有限元模型

2、進(jìn)行高度非線性大變形仿真，單次計(jì)算耗時(shí)達(dá)數(shù)小時(shí)，在進(jìn)行優(yōu)化迭代計(jì)算時(shí)更加耗時(shí)。因此尋求快速、可靠的車身耐撞性設(shè)計(jì)方法具有重要的工程指導(dǎo)意義和研究?jī)r(jià)值。
　　在概念階段，針對(duì)碰撞目標(biāo)研究碰撞傳力路徑剛度匹配方法屬于正向設(shè)計(jì)問題。為尋求高效率高精度的整車碰撞仿真方法，論文提出一種多剛體碰撞模型建模、修正及計(jì)算機(jī)優(yōu)化方法。依據(jù)已通過實(shí)驗(yàn)對(duì)標(biāo)的有限元模型，提取傳力路徑部件的關(guān)鍵參數(shù)建立初始多剛體模型。為進(jìn)一步提升模型仿真精度，為碰撞仿真結(jié)

3、果曲線定義置信度函數(shù)，利用計(jì)算機(jī)反求技術(shù)對(duì)多剛體模型鉸鏈剛度進(jìn)行修正。結(jié)果表明，修正后的多剛體模型與有限元模型精度相當(dāng)，且計(jì)算效率顯著提高，可用于快速評(píng)估整車正面碰撞性能。
　　基于修正后的多剛體碰撞模型，結(jié)合多目標(biāo)遺傳優(yōu)化算法，根據(jù)加速度波形特點(diǎn)設(shè)置優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，將整車變形量作為約束條件構(gòu)建優(yōu)化平臺(tái)，尋求使目標(biāo)最優(yōu)的剛度縮放因子組合，得到最優(yōu)的關(guān)鍵傳力路徑剛度匹配方式。
　　為驗(yàn)證這種匹配方式的可靠性，探討了金屬薄壁直梁結(jié)

4、構(gòu)吸能量或碰撞平均力關(guān)于截面材料屬性、厚度及尺寸的相關(guān)性，得到針對(duì)碰撞性能的最優(yōu)傳力路徑剛度縮放因子與這三者的關(guān)系。依賴于這種相關(guān)性反求關(guān)鍵部件的材料屬性、厚度、及截面尺寸，得到結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，基于有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明，采用多剛體碰撞模型進(jìn)行傳力路徑剛度優(yōu)化不僅效率高，同時(shí)精度也可以得到保證。
　　這種基于多剛體簡(jiǎn)化模型，結(jié)合工程優(yōu)化平臺(tái)進(jìn)行概念階段車身碰撞性能的優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)了車身剛度的正向設(shè)計(jì)，這種方法可以提高計(jì)算效率，避