汽车前部结构低速碰撞耐撞性与轻量化优化

来源：中国血液净化杂志2016年第10期北京时间：

作者：李兆凯, 余强, 赵轩, 陈俊杰, 范起飞

单位：1. 长安大学汽车学院, 陕西 西安 710064;2. 北京电子科技职业学院汽车工程学院, 北京 100176

摘要：为解决低速碰撞下车身前端结构耐撞性和轻量化的矛盾，建立防撞梁、吸能盒、前纵梁总成一体化模型并进行整体碰撞分析优化。为避免优化中前纵梁因屈曲而出现大幅溃缩的数值结果，引入结构纵向位移溃缩量作为第3项评价指标，并将其与吸能量、峰值碰撞力共同作为优化模型的耐撞性约束条件，建立以6个部件板厚为设计变量的质量最小碰撞优化模型。提出将变量区间先分段再进行正交试验的组合正交试验设计采样方法，以保证总成结构遵循刚度逐级增强的压溃变形机制。结合响应面代理模型和含精英保留策略的遗传算法构造出针对目标函数和3项约束指标的惩罚函数对高度非线性碰撞问题进行优化。为简化优化计算流程，探索和对比了采用组件优化和分组均匀试验设计的优化过程。结果表明：经优化后，可实现吸能量增加10.1%，峰值碰撞力减小11.1%，溃缩量减少12.6%，减重15.1%；将溃缩量作为约束条件引入碰撞优化问题有助于综合控制优化结果；组合正交试验是解决变形次序紊乱的有效方法；所构造的惩罚函数可将多目标优化问题单目标化；组件优化和均匀试验设计可有效简化涉及较多变量的碰撞优化问题的求解过程。

关键词：汽车工程,耐撞性与轻量化,代理模型,前部结构,精英策略,组件优化

基金资助：国家自然科学基金项目（51507013）；陕西省科学技术研究发展计划项目（2016GY-043）；中央高校基本科研业务费专项资金项目（2013G5220007）；甘肃省科技支撑计划项目（1504FKCA001）