基于组合代理模型的某电动汽车车身多学科优化设计研究

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随着社会的快速发展,国民对于车辆碰撞安全性能的要求也越来越高,而车身往往具有较为复杂的系统工程,在提高其碰撞安全性的同时,如何协调好车身结构性能与其他性能(安全性、舒适性等)之间的约束关系,提高整车性能水平,是当前较为棘手的问题。多学科设计优化方法得以充分考虑系统中各类影响因子之间的相互约束作用,是解决上述问题的有效途径。本文主要针对某国产小型电动汽车的车身结构进行优化设计,利用有限元方法在碰撞安全性、NVH性能等方面对其进行分析及优化,最终在满足法规要求的同时也兼顾了其他性能要求。本文具体工作内容如下:首先,基于几何模型,采用有限元网格划分建立整车有限元模型,后续依据整车有限元模型建立起侧面碰撞、正面碰撞、白车身静态刚度与模态等有限元仿真模型并对其进行计算与分析,结果显示:该车辆正面碰撞结果满足各项法规要求及评价指标,但侧面碰撞车门内板侵入量及侵入速度过大,易对车内乘客生命安全造成威胁因此,同时存在白车身弯曲刚度不满足试验要求等问题,后续还需进一步优化。其次,根据上述问题选取车辆侧围关键吸能钣金件厚度对整车侧面碰撞安全性能、白车身静态刚度与模态进行灵敏度分析,选取出合适的设计变量;以满足白车身弯曲刚度、车门内板(假人胸部)侵入量性能指标、整车质量最小为优化目标。为了提高此次试验的优化效率、降低试验成本,本文选用代理模型代替有限元模型进行分析计算,同时为了保证车辆多学科优化的模型精度,本文选用了不同的抽样策略及代理模型来提高设计目标精度,并对其进行了误差分析,进而建立精度较高的组合代理模型。最后,基于上述组合代理模型,综合考虑,最终选用粒子群优化算法对车身结构进行优化。试验结果显示:白车身弯曲刚度对比优化前已满足性能要求,车门内板(假人胸部)侵入量、侵入速度以及车辆质量均有不同程度的减少,满足法规要求,既提高了车辆安全性与舒适性,又实现了车辆轻量化。
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