材料和焊点对碰撞安全性影响的不确定分析和稳健性设计

摘要

汽车碰撞安全性已成为现代汽车工业的重要研究内容。传统的碰撞安全性设计，由于忽视材料、制造工艺和边界条件等不确定因素的影响，汽车碰撞安全性能不稳健。因此，研究不确定因素对汽车碰撞安全性的影响，进行稳健性设计，具有十分重要的意义。
　　 在总结前人研究的基础上，本文研究了不确定分析和稳健性设计方法在汽车碰撞安全性设计中的应用。主要的研究内容和成果如下：
　　 (1)对影响汽车碰撞安全性的材料特性、制造工艺和边界条件中的不确定性因素进行了归类分析，阐述了不确定性产生的根源，进行了一定数量的材料拉伸实验和焊点强度实验以验证材料特性和焊点强度的不确定性。实验结果表明，材料特性和焊点强度存在着一定的波动。
　　 (2)提出了基于Kriging近似模型的稳健性分析方法。以某款轿车的前纵梁为研究对象，研究了材料特性和焊点强度不确定性对前纵梁碰撞安全性能的影响。分析结果表明材料特性的波动对前纵梁峰值碰撞力影响较大，并确定了对碰撞性能稳健性影响较大的焊点。
　　 (3)在汽车碰撞安全性的设计中引入稳健性设计方法，以某轿车的前纵梁为研究对象，运用双响应面方法对其进行了稳健性优化设计。采用拉丁超立方抽样方法(LHS)和最小二乘法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型，将材料特性作为不确定性因素。优化前、后纵梁的稳健性结果对比表明：经稳健性优化后，前纵梁碰撞性能的稳健性获得了显著提高，且该稳健性优化设计方法精度较高。
　　 (4)采用双响应面方法结合NSGA－Ⅱ(非劣分层遗传算法)多目标进化算法对轿车正碰主要吸能构件的耐撞性能进行了多目标稳健性设计。采用逐步回归方法、拉丁超立法抽样(LHS)方法和泰勒近似方法构建汽车碰撞响应的双响应面模型，考虑了材料特性的波动。优化结果表明，汽车碰撞安全性能以及其稳健性获得明显的提高；该方法对汽车碰撞多目标稳健性设计具有明显的效果。