用于車身結(jié)構(gòu)輕量化的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)

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用于車身結(jié)構(gòu)輕量化的多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)

未來汽車將傾向于車身輕量化、傳動(dòng)系統(tǒng)高效化。在此背景下，誕生了TARF- LCV- LCV EPSRC基金項(xiàng)目，該項(xiàng)目旨在為未來低碳車輛（LCV）在先進(jìn)材料、低碳制造技術(shù)、整車結(jié)構(gòu)優(yōu)化和閉環(huán)回收?qǐng)?bào)廢車輛技術(shù)等領(lǐng)域提供強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

設(shè)計(jì)了一種減輕整車質(zhì)量的優(yōu)化方法，該方法依據(jù)現(xiàn)有車輛的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化車身面板厚度和材料分配關(guān)系來探索車身輕量化潛力。該方法首先要測(cè)試車輛的初始碰撞性能。在LSDyna軟件中建立TARF-LCV模型，該車輛模型用來解決正面ODB（車載自動(dòng)診斷系統(tǒng)）、側(cè)面碰撞障礙、極點(diǎn)影響和扭桿剛度的優(yōu)化問題。該模型在原有的車輛拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中不考慮扭轉(zhuǎn)工況，因?yàn)榕まD(zhuǎn)載荷相對(duì)于其等效幅值是微乎其微的。TARF-LCV模型是一個(gè)單體結(jié)構(gòu)，對(duì)主要載荷結(jié)構(gòu)按5mm的間隔進(jìn)行網(wǎng)格劃分，車門面板模型按10mm的間隔進(jìn)行離散化。由于面板厚度在整個(gè)研究過程中會(huì)發(fā)生變化，因此模型的總質(zhì)量也會(huì)隨之發(fā)生變化。選取4種碰撞模擬工況來測(cè)試車輛的響應(yīng)。

為了減少在優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中的計(jì)算時(shí)間，可以考慮使用基于優(yōu)化技術(shù)的元模型來代替實(shí)際仿真尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)變量。本研究同時(shí)采用幾種元模型進(jìn)行連續(xù)優(yōu)化，利用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。對(duì)所建立的TARF-LCV模型設(shè)置了3個(gè)碰撞試驗(yàn)和1個(gè)扭桿試驗(yàn)工況?？紤]到仿真時(shí)間因素的影響，選取了17個(gè)設(shè)計(jì)變量，其包括14個(gè)面板厚度變量和3個(gè)離散材料模型變量。試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的響應(yīng)變量為前面板補(bǔ)償碰撞下的車輛質(zhì)量、加速度和駕駛室沖擊力，以及扭轉(zhuǎn)載荷工況下的扭桿剛度值。

對(duì)所測(cè)得的變量值采用單級(jí)優(yōu)化方法進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，相比初始的TARF-LCV模型，在滿足TARF-LCV車輛響應(yīng)和全部約束的前提下，整車質(zhì)量減輕了29.26kg。

Amit Prem et al. 10th European LS-DYNA Conference, Würzburg, Germany, 15-17 June 2015.

編譯：韓小健