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用于車身結構輕量化的多學科優(yōu)化設計

未來汽車將傾向于車身輕量化、傳動系統(tǒng)高效化。在此背景下，誕生了TARF- LCV- LCV EPSRC基金項目，該項目旨在為未來低碳車輛（LCV）在先進材料、低碳制造技術、整車結構優(yōu)化和閉環(huán)回收報廢車輛技術等領域提供強大的技術支撐。

設計了一種減輕整車質量的優(yōu)化方法，該方法依據現有車輛的設計結構，通過優(yōu)化車身面板厚度和材料分配關系來探索車身輕量化潛力。該方法首先要測試車輛的初始碰撞性能。在LSDyna軟件中建立TARF-LCV模型，該車輛模型用來解決正面ODB（車載自動診斷系統(tǒng)）、側面碰撞障礙、極點影響和扭桿剛度的優(yōu)化問題。該模型在原有的車輛拓撲結構中不考慮扭轉工況，因為扭轉載荷相對于其等效幅值是微乎其微的。TARF-LCV模型是一個單體結構，對主要載荷結構按5mm的間隔進行網格劃分，車門面板模型按10mm的間隔進行離散化。由于面板厚度在整個研究過程中會發(fā)生變化，因此模型的總質量也會隨之發(fā)生變化。選取4種碰撞模擬工況來測試車輛的響應。

為了減少在優(yōu)化設計過程中的計算時間，可以考慮使用基于優(yōu)化技術的元模型來代替實際仿真尋找最優(yōu)的設計變量。本研究同時采用幾種元模型進行連續(xù)優(yōu)化，利用多學科優(yōu)化設計的方法進行輕量化設計。對所建立的TARF-LCV模型設置了3個碰撞試驗和1個扭桿試驗工況?？紤]到仿真時間因素的影響，選取了17個設計變量，其包括14個面板厚度變量和3個離散材料模型變量。試驗監(jiān)測的響應變量為前面板補償碰撞下的車輛質量、加速度和駕駛室沖擊力，以及扭轉載荷工況下的扭桿剛度值。

對所測得的變量值采用單級優(yōu)化方法進行分析。分析結果表明，相比初始的TARF-LCV模型，在滿足TARF-LCV車輛響應和全部約束的前提下，整車質量減輕了29.26kg。

Amit Prem et al. 10th European LS-DYNA Conference, Würzburg, Germany, 15-17 June 2015.

編譯：韓小健