论文部分内容阅读
进入本世纪，随着我国城市轿车保有量不断的增加，低速碰撞时有发生，前防撞系统的防撞梁和吸能盒在低速正面碰撞过程中起到保护汽车的重要作用，因此设计出具有良好低速耐撞性的防撞梁和吸能盒是汽车被动安全技术重要内容。 首先参考RCAR、ECE R42标准和根据美国国家碰撞试验中心(National CrashAnslysis Center, NCAC)某整车高速碰撞有限元模型，建立了原结构碰撞有限元模型，并进行正碰和偏置40％碰撞15 km/h仿真和分析，结果表明:吸能盒能量吸收不足，防撞梁变形过大超过极限空间等设计缺陷，需重新优化设计。 其次，根据原始结构，重新构建设计域，利用混合元胞自动机(Hybrid CellularAutomation，HCA)对其实施碰撞拓扑优化，以单元密度为设计变量，以吸能最多为目标，以碰撞力小于180 kN，防撞梁位移小于200 mm，吸能盒位移小于180 mm为约束条件。获得了最佳的碰撞载荷传递路径和材料分布，根据碰撞拓扑材料分布云图和受力特点以及工艺要求，将防撞梁设计成截面为“目”字形的变厚度铝型材复合结构，并带有侧翼加强的吸能盒新结构，对优化出来的结构方案进行重建三维模型。 然后，在碰撞拓扑优化获得的三维模型的基础上，将新结构进行参数化，搭建了基于Isight为优化平台集成Catia三维软件以及HyperMesh、LS-DYNA有限元软件，实现自动化仿真目的。在此基础上进行实验设计获得样本点，利用径向基函数(Radial BasisFunction，RBF)构建了碰撞力、位移、质量、吸能量以及比吸能(Specific Energy Absorption，SEA)代理模型，并且验证代理模型的正确性。以各变量尺寸为设计变量，以比吸能最大为优化目标，以碰撞力小于180 kN，防撞梁位移小于200 mm，吸能盒位移小于180 mm为约束条件，利用序列二次规划法（Sequential Quadratic Programming，NLPQL）进行寻优求解，并结合加工工艺确定最后结构尺寸。 最后，将新设计的防撞梁和吸能盒重新搭建有限元模型，进行低速碰撞性能的验证，并将新结构代入整车碰撞有限元模型，参照NHTSA6069和IIHS CEF0610试验标准进行的正面和偏置40％的40 km/h碰撞，比较仿真和试验结果，验证低速碰撞标准选择和有限元仿真分析正确性以及新结构在高速速碰撞的耐撞性。证明了此种方法有效性和可行性。