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当行人被高速汽车撞击后,行人头部往往会撞击发动机罩,进而引起头部损伤。对发动机罩系统进行优化,降低行人头部损伤,是值得研究的课题。而轻量化设计中,由于发动机罩结构与参数的改变,行人头部保护安全性能可能会下降。本文以某品牌汽车发动机罩系统为研究对象,在兼顾行人头部保护之下,对汽车发动机罩系统进行轻量化设计。结合材料选择、结构优化、参数优化等方法,提出一种系统的、高效的研究理论,大大缩减开发周期,降低设计开发成本。首先,建立头部冲击器和发动机罩系统的有限元模型,搭载于半车模型中并建立行人头部碰撞有限元模型。根据碰撞区域不同,划分为成人和儿童碰撞区域,并选取8个关键试验点。经试验验证分析,行人头碰模型准确可靠。对初始发动机罩模型进行头部保护性能分析,结果表明各关键试验点的HIC值普遍偏高,头碰仿真得分仅为6.600分。其次,通过Opti Struct软件对发动机罩系统进行静刚度和模态分析,确定初始发动机罩系统在正向弯曲、侧向弯曲、扭转工况下,刚度值和最大应力的大小;为避免产生共振,需确定系统的固有频率。结果表明,初始发动机罩在正向弯曲工况下的最大应力大于材料屈服应力,不符合强度设计要求。通过多目标拓扑优化,改进结构重新设计发动机罩内板。验证更新后的发动机罩系统,静态刚度性能符合设计要求,但在8个关键试验点中,试验点A12,7和C3,0处的HIC值增大,行人安全性能有待提高。将此两关键试验点作为重点优化目标,进行系统参数优化。最后,以发动机罩外板材料、内板材料、外板厚度、内板厚度、盖锁加强板厚度、铰链厚度为影响因子,以发动机罩系统刚度、模态、质量、试验点A12,7和C3,0的HIC值为输出参数指标,设计灵敏度试验,分析结果确定关键参数及其取值范围。再构建合适的近似模型代替仿真模型,通过多目标参数优化得到确定性优化方案。结果表明,优化后的发动机罩系统静态刚度性能依然符合设计要求;8个关键试验点的HIC值均降低,其中试验点A12,7和C3,0的HIC值分别下降5.98%、16.76%,头碰得分为8.006分,行人头部保护性能显著提高;系统质量减轻33.34%,达到轻量化设计目标。