某型轿车正面碰撞结构耐撞性优化设计研究

摘要

汽车正面碰撞安全性能一直都是一个复杂而重要的问题，汽车正面碰撞结构耐撞性的好坏直接关系着驾驶员在发生交通事故时的人身安全。近年来随着新能源电动汽车的飞速增长，对电动汽车的碰撞安全性能研究也是非常紧迫的任务。本文基于某款电动汽车，对其进行正面碰撞耐撞性优化。
　　首先，建立某型纯电动汽车的整车有限元模型，参考关于整车正面碰撞关键部件的多方研究。选取车辆正碰区域包括前保险杠、吸能盒、前纵梁、翼子板、引擎盖等在内的8个关键零部件的厚度作为设计变量。选定汽车正碰过程中总吸能量、整车加速度峰值和关键部件的质量和作为优化响应。力求整车吸能量达到最大，整车加速度峰值、优化部件的质量和最小。
　　其次，利用优化的拉丁超立方方法采集50组样本点并建立响应面近似模型。使用改进的非支配排序遗传算法进行多目标优化求解，得到确定性优化方案。考虑到噪声因素的影响，利用6σ可靠性优化方法对确定性方案进行可靠度评估和优化设计，得到不确定性方案。不确定性优化结果满足设计要求，达到了提高整车的正面碰撞安全性能和轻量化设计的目的。不确定性方案的可靠度较高，可实现性较好。
　　最后在本款汽车纵梁结构参数的基础上，以纵梁的横截面的高、宽比以及纵梁的厚度值作为优化设计变量。以纵梁在正面碰撞过程中的吸能量和纵梁总质量作为优化设计目标。采用响应面模型与改进的非支配排序遗传算法相结合得出合适的优化方案，使得纵梁在正面碰撞过程中的整体吸能量得到提高，总质量降低，变形效果更好。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 课题研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外的研究概况

1．2．2 国内的研究概况

1．3 本文的主要内容

第二章 汽车正面碰撞优化设计方法及流程

2．1 汽车耐撞性研究方法

2．2 试验设计方法

2．3 近似模型

2．3．1 神经网络(RBF／EBF)模型

2．3．2 克里格(Kriging)模型

2．3．3 响应面模型

2．4 数值优化算法

2．4．1 多目标粒子群算法

2．4．2 改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法)

2．5 可靠性优化设计

2．6 本章小结

第三章 某型汽车正面碰撞性能确定性优化

3．1 整车有限元模型的建立

3．1．1 有限元网格的划分

3．1．2 模型的连接设置

3．1．3 模型的接触设置

3．1．4 模型的工况与控制卡片的设置

3．1．5 整车有限元模型

3．2 仿真模型的验证

3．2．1 沙漏能与增加质量的验证

3．2．2 有限元模型与实车试验的对比

3．3 优化设计变量和响应的确定

3．3．1 汽车正面碰撞关键部件的分析

3．3．2 设计变量的选取

3．3．3 输出响应的选取

3．3．4 样本数据

3．4 多目标优化模型的建立

3．5 确定性优化结果分析

3．6 本章小结

第四章 6σ可靠性优化设计

4．1 6σ可靠性设计模型的建立

4．2 不确定性优化与确定性优化结果对比

4．3 本章小结

第五章 纵梁结构碰撞吸能性能优化分析

5．1 仿真模型的建立

5．2 沙漏能与质量增加的验证

5．3 设计变量的选取和响应的确定

5．4 多目标优化模型的建立

5．5 优化结果分析

5．6 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况