基于多目标稳健性优化方法的SUV车身结构轻量化设计简.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,基于多目标稳健性优化方法的,SUV,车身结构轻量化设计,基于多目标稳健性优化方法的,SUV,车身结构轻量化设计,答辩人,:,苏占龙,导 师,:,王 霄 教授,专 业,:,机 械 工 程,汽车工程领域,三大,主题,安全,节能,环保,课题研究背景及课题提出,最为有效的途径,汽车轻量化,提高汽车碰撞安全性,1.,降低燃油消耗,2.,减少尾气排放,车辆碰撞类型,正碰,偏置碰,侧碰,后碰,侧翻,轻质材料,先进加工工艺,结构优化,实现轻量化的方法,同时保证,1,、致伤率,64.5%,，居第一位,2,、致死率,35%,，仅次于正碰,实现轻量化不能以牺牲安全性为代价，,因此要同时保证碰撞安全性,同时保证,被动安全,主动安全,课题,研究现状及,课题提出,汽车结构轻量化,单目标,确定性优化,多目标,确定性优化,多目标,稳健性优化,以轻量化为目标以轻量化与提高碰撞安全性为目标；,同时保证其他方面性能以轻量化、提高碰撞安全性与,提高稳健性为目标,；,同时保证其他方面性能同时考虑由于,加工不确定性,引起,的性能波动,少,提高汽车碰撞安全性,引入近似模型,汽车侧面碰撞流程自动化系统的开发,2,SUV,有限元模型的建立与有限元分析,3,基于多目标稳健性优化方法的车身轻量化设计,4,总结与展望,本文主要研究内容,1,汽车侧面碰撞,流程自动化,系统的开发,整车侧面碰撞有限元模型的建立,车门静态有限元模型的建立,Hypermesh通用前处理平台,SUV整车侧面碰撞性能分析,SUV车门模态性能分析,SUV车门刚度性能分析,汽车侧面碰撞流程自动化系统平台,初选,变量,参数试验设方法进行灵敏度分析，,筛选变量,最终,变量,基于拉丁超立方试验设计方法的,样本采样,响应面,近似,模型,与,Kriging,近似模型,的建立,基于多学科多目标确定性优化的车身结构轻量化,基于蒙特卡洛抽样的可靠性分析与质量水平检查,基于多学科多目标稳健性优化的车身结构轻量化设计,初步,了解,初始,设计,性能,总结与展望,本文技术路线,1,2,3,4,汽车侧面碰撞流程自动化系统的开发,开发,平台,Windows 7/Windows XP-(TCL/TK,脚本语言,),Hyperworks(Hypermesh,，,Hyperview),Process Manager,(,Process Manager,，,Process Studio,、,Framework),基于,Hyperworks,的汽车侧面碰撞分析流程自动化系统,材料、载荷数据库,1,汽车侧面碰撞流程自动化系统的开发,1,图,1.1,侧面碰撞分析流程自动化系统流程树,通用前处理：,1,、导入模型，,2,、自动抽取中面,3,、赋予属性与材料,建立连接：,1,、焊点,2,、螺栓,3,、粘胶,建立接触与刚性墙：,1,、刚性墙,2,、自接触,3,、焊点接触,4,、粘胶接触,边界条件：,1,、初始,速度,2,、重力场,控制卡片：,1,、结束时间,2,、控制时间步,3,、单元控制,4,、接触、沙漏、能量控制等,输出卡片：,1,、二进制文件,2,、输出控制,开发,流程树,汽车侧面碰撞流程自动化系统的开发,自动抽取中面工具,材料与载荷数据库,钣金件：,N,零件号,_,项目代号,_T,厚度*,100;,实体件：,S,零件号,_,项目代号,1,CAD,模型中的连接信息,CAE模型中的连接信息,自动建立连接,(1),焊点连接,(2),螺栓连接,(3),粘胶等其他连接,（,粘胶、缝焊、铆接,）,汽车侧面碰撞流程自动化系统的开发,建立连接的用户主界面,成果：,实现了,CAD,模型导入、抽取中面、建立连接、建立刚性墙与接触、施加边界条件、定义控制卡片与输出卡片的,流程自动化,，,大幅度提高了侧面碰撞有限元建模的效率,。

1,SUV,有限元模型的建立与有限元分析,SUV,整车有限元模型的建立,CAD模型归类,与导入,电器,底盘,车身,附件,抽取,中面,网格,划分,网格,质量检查,整车,模型装配连接,螺栓,粘胶,焊接,万向铰,等其它,基于include文件的整车网格,材料、单元,属性定义,属性,卡片定义,材料,卡片定义,材料曲线,输入,积分,类型选择,Y,N,刚性墙与,接触的建立,几何,清理,粘胶、焊点,等其他接触,自接触,刚性墙,控制卡片,单元,控制,时间步,控制,结束,时间,沙漏,控制等,输出卡片,二进制文件,输出频率,d3plot,文件输出,其他文件,输出控制,初始条件,重力加速度,初始速度,导出子系统,k文件,2,红色框,-,流程自动化；网格划分手动完成,汽,车,车,侧,侧,面,面,碰,碰,撞,撞,流,流,程,程,自,自,动,动,化,化,系,系,统,统,的,的,开,开,发,发,SUV,整,车,车,有,有,限,限,元,元,模,模,型,型,的,的,建,建,立,立,底盘,车门,白车身,2,汽,车,车,侧,侧,面,面,碰,碰,撞,撞,流,流,程,程,自,自,动,动,化,化,系,系,统,统,的,的,开,开,发,发,SUV,整,车,车,有,有,限,限,元,元,模,模,型,型,的,的,建,建,立,立,整,车,车,有,有,限,限,元,元,模,模,型,型,2,SUV,有,限,限,元,元,模,模,型,型,的,的,建,建,立,立,与,与,有,有,限,限,元,元,分,分,析,析,SUV,整,车,车,侧,侧,面,面,碰,碰,撞,撞,性,性,能,能,分,分,析,析,(1),碰,撞,撞,系,系,统,统,总,总,能,能,量,量,分,分,析,析,碰,撞,撞,系,系,统,统,能,能,量,量,曲,曲,线,线,(2),整,车,车,变,变,形,形,分,分,析,析,沙,漏,漏,能,能,与,与,滑,滑,移,移,界,界,面,面,能,能,占,占,总,总,能,能,量,量,的,的,百,百,分,分,比,比,分,分,别,别,为,为,4.020%,和,2.269%,，,小,小,于,于,10%,的,要,要,求,求,前门,、,、,B,柱、,中,中门,下,下部,发,发生,严,严重,变,变形,，,，,分析,可,可靠,通过,提,提高,B,柱、,前,前门,、,、中,门,门附,件,件结,构,构的,强,强度,改,改善,碰,碰撞,安,安全,性,性能,2,SUV,有限,元,元模,型,型的,建,建立,与,与有,限,限元,分,分析,SUV,整车,侧,侧面,碰,碰撞,性,性能,分,分析,(3),前门,与,与,B,柱测,量,量点,侵,侵入,量,量与,侵,侵入,速,速度,分,分析,测量点编号,代号,测量点最大侵入量,/mm,代号,测量点最大侵入速度,/ms-1,分析值,目标要求,分析值,目标要求,P1,Bd1,138.387,150,Bv1,8.153,8.5,P2,Bd2,154.249,160,Bv2,7.863,8.5,P3,Bd3,176.901,180,Bv3,7.715,9.5,P4,Bd4,184.464,190,Bv4,8.003,9.5,P5,Bd5,193.171,190,Bv5,9.762,10.5,P6,Dd6,49.364,100,Bv6,5.402,7.5,P7,Dd1,180.978,190,Dv1,8.851,9.5,P8,Dd2,189.070,200,Dv2,9.468,10.5,P9,Dd3,182.050,210,Dv3,10.246,10.5,P10,Dd4,195.853,210,Dv4,10.626,10.5,P11,Dd5,186.794,190,Dv5,10.044,10.5,测量,点,点位,置,置,测量,点,点侵,入,入量,曲,曲线,测量,点,点侵,入,入速,度,度曲,线,线,测量,点,点最,大,大侵,入,入量,与,与最,大,大侵,入,入速,度,度表,2,SUV,有限,元,元模,型,型的,建,建立,与,与有,限,限元,分,分析,SUV,车门,模,模态,性,性能,分,分析,前门一阶阵型,中门一阶阵型,前门二阶阵型,中门二阶阵型,前门三阶阵型,中门三阶阵型,车门前三,阶,阶模态振,型,型图,2,SUV,有限元模,型,型的建立,与,与有限元,分,分析,SUV,车门模态,性,性能分析,车门,模态阶数,代号,分析值,/Hz,目标要求,/Hz,振型描述,前门,1,Fmode,1,32.67,30,一阶扭转模态,2,Fmode,2,41.85,35,窗框,+,外板局部模态,3,Fmode,3,66.02,45,内板局部模态,中门,1,Rmode,1,30.81,30,一阶扭转模态,2,Rmode,2,37.54,35,内板,+,外板局部模态,3,Rmode,3,48.01,45,内板局部模态,车门前三,阶,阶模态频,率,率与振型,描,描述,SUV,车门刚度,性,性能分析,窗框侧弯,工,工况,Y,向位移云,图,图下垂工况,Z,向位移云,图,图,(1),前门刚度,满足要求,，,，存在轻,量,量化设计,空,空间,2,SUV,有限元模,型,型的建立,与,与有限元,分,分析,SUV,车门刚度,性,性能分析,扭转工况,Y,向位移云,图,图,(,窗框后下,角,角,),扭转工况,Y,向位移云,图,图,(,车门后下,角,角,),(1),前门刚度,前门刚度各工况,加载位置,代号,分析位移值,/mm,LCBZ201301,目标位移值,/mm,窗框刚度,窗框后上角,Fstiffness1,4.320,8,扭转刚度,窗框后下角,(,上扭,),Fstiffness2,3.564,7,车门后下角,(,下扭,),Fstiffness3,3.738,7,下垂刚度,锁芯处,Fstiffness,4,1.835,5,前门刚度,分,分析结果,汇,汇总表,远低于目,标,标值，存,在,在较大轻,量,量化空间,2,SUV,有限元模,型,型的建立,与,与有限元,分,分析,SUV,车门刚度,性,性能分析,(2),中门刚度,侧弯工况,Y,向位移云图,(,窗框前上角,),侧弯工况,Y,向位移云图,(,窗框后上角,),下垂工况,Z,向位移云图,(,窗框前上角,),下垂工况,Z,向位移云图,(,窗框后上角,),2,(2),中门刚度,下垂工况,Z,向位移云图下垂工况,Z,向位移云图,(,窗框前上角,)(,窗框后上角,),中门刚度,加载位置,代号,位移值,/mm,SQGM,目标值,/mm,余量系数,窗框刚度,窗框前上角,chuangkuang_L,7.158,10,0.40,窗框后上角,chuangkuang_R,5.448,8,0.47,扭转刚度,车窗上角,(,上扭,),niuzhuan_up,12.736,16,0.26,车门下角,(,下扭,),niuzhuan_down,4.944,6.5,0.32,下垂刚度,前锁芯处,chuizhi_F,0.058,1.5,24.00,后锁芯处,chuizhi_R,0.189,3,14.79,中门刚度分,析,析结果汇总,表,表,SUV,有限元模型,的,的建立与有,限,限元分析,SUV,车门刚度性,能,能分析,远离目标值,，,，存在较大,的,的轻量化空,间,间,2,多目标稳健,性,性优化方案,的,的提出,3,基于多目标,稳,稳健性优化,方,方法的车身,轻,轻量化设计,多目标稳健性优化方案提出,子模型建立,初始设计变量,变量筛选,（参数试验设计）,最优拉丁超立次方实验设计,构造,Kriging+,响应面近似模型,增加样本点,精度检验,NSGA-,NCGA,AMGA 多目标确定性优化,质量水平,检验,稳健性多目标优化,稳健性优化方案确定,更新近似模型,各优化算法的优化,结果与可靠性对比,蒙特卡洛抽样,简化模型，,降低单次抽样计算时间,减少变量，降低抽样次数,最终设计变量,可靠性分析,选择稳健性优化算法,侧面碰撞子,模,模型的建立,与,与验证,基于多目标,稳,稳健性优化,方,方法的车身,轻,轻量化设计,子模型建立,流,流程图,子模型边界,条,条件提取,保证精度的,条,条件下，降,低,低了计算代,价,价,3,侧面碰撞子,模,模型。