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基于反求理論的汽車安全性優(yōu)化分析的論文
隨著汽車數(shù)量的不斷增長，交通事故的頻繁發(fā)生，安全性優(yōu)化在汽車設(shè)計過程中的地位越來越重要。文獻(xiàn)分別對汽車車架和B柱進(jìn)行輕量化設(shè)計，將其應(yīng)用到整車的優(yōu)化中。文獻(xiàn)從汽車整體性能的角度出發(fā)對車身多處結(jié)構(gòu)的厚度進(jìn)行計算，考慮其對汽車碰撞性能的影響。文獻(xiàn)對一種客車的側(cè)翻安全性進(jìn)行評估，并對其上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定改進(jìn)。文獻(xiàn)利用響應(yīng)面技術(shù)對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)在考慮響應(yīng)面的同時還利用了逐步回歸模型，對汽車碰撞的安全性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。文獻(xiàn)在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時考慮到了材料特性對計算結(jié)果的影響，并與不考慮材料特性時的計算結(jié)果進(jìn)行比較。在上述研究中，大部分關(guān)于汽車安全的分析并沒有考慮材料特性參數(shù)對汽車安全性能的影響，有些雖然己經(jīng)得到了材料的各種彈塑性參數(shù)，并且考慮到材料參數(shù)變化對汽車安全性的影響，但只是利用了通用的特性參數(shù)，并沒有針對某一特定材料求出其對應(yīng)的參數(shù)。
在零件的加工過程中，由于飯金件的沖壓以及環(huán)境溫度等的變化，材料的特性也會隨之變化，從而使得材料的一些參數(shù)發(fā)生變化，與通用的參數(shù)值產(chǎn)生一定的差距。當(dāng)對實際過程進(jìn)行模擬試驗時，由于利用了默認(rèn)的參數(shù)值，使得模擬與試驗結(jié)果的差距變大。
針對上述方法的不足，通過反求方法求出某種材料準(zhǔn)確的特性參數(shù)，并將其應(yīng)用到某重卡駕駛室翻滾模擬試驗中，對駕駛室進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，從而提高駕駛室的安全性。
1背景
車輛翻滾的事故率在交通事故中所占的比例并不是很高，但是一旦發(fā)生，乘員死亡在所有的交通事故中卻占很大的比例。車輛翻滾主要發(fā)生在車輪滑到路邊小溝時或者撞到路邊的邊護(hù)欄時。當(dāng)汽車在高速路上行駛時，如果遇到比較滑的標(biāo)志線，也有可能由于失去控制而發(fā)生翻滾。
利用某重卡駕駛室模型，通過對頂蓋的頂壓試驗來模擬翻滾試驗對駕駛員乘坐空間的影響。
2材料參數(shù)反求
將仿真過程中碰撞臺車B柱處的加速度曲線與試驗測得的曲線作比較。采用LSYNA碰撞仿真軟件模擬臺車試驗，其中吸能盒材料DC04采用式(2)所示的動態(tài)本構(gòu)關(guān)系。在有限元仿真中，可以直接輸入材料的應(yīng)變率參數(shù)C和P，或者通過載入多條不同應(yīng)變率的應(yīng)力應(yīng)變曲線來代替應(yīng)變率參數(shù)的輸入。由于本文的目的是為求得材料的應(yīng)變率參數(shù)，所以在建立有限元模型時，直接輸入材料應(yīng)變率參數(shù)來定義材料的性質(zhì)。采用遺傳算法對應(yīng)變率參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。將C和P作為決策變量，取模擬與試驗之間的差距作為目標(biāo)函數(shù)。利用遺傳算法進(jìn)行不斷迭代優(yōu)化，求得差距的最小值，從而得到材料的應(yīng)變率參數(shù)。
反求過程具體步驟如下:
1)給定吸能盒的幾何參數(shù)，確定吸能盒的U型板和腹板之間焊點的位置。
2)將吸能盒平整地焊接在試驗臺車上，對其進(jìn)行碰撞試驗。利用臺車B柱處的加速度傳感器采集碰撞過程中臺車的加速度，得到其隨時間變化的曲線。
3)建立吸能盒碰撞仿真模型。利用有限元軟件模擬吸能盒碰撞過程，模擬的吸能盒尺寸及材料均與試驗中的材料參數(shù)相同。采集與步驟(2)中同一位置處的加速度曲線。
4)根據(jù)加速度曲線的變化采集若干個時刻處的加速度值。通過試驗數(shù)據(jù)與仿真計算數(shù)據(jù)之間的差距得到誤差函數(shù)值。
5)利用遺傳算法不斷修改應(yīng)變率參數(shù)并進(jìn)行迭代計算，求得誤差函數(shù)最小時的應(yīng)變率參數(shù)，即為反求得的參數(shù)。
3某重卡駕駛室白車身優(yōu)化
利用反求方法得到了試驗中吸能盒的材料特性參數(shù)。將該材料應(yīng)用到某重卡駕駛室的白車身結(jié)構(gòu)，并利用有限元模擬其在翻滾試驗中的安全性。根據(jù)汽車翻滾的要求，在對其進(jìn)行優(yōu)化時要考慮到駕駛員乘坐空間的變化，使其在變形后仍能保證駕駛員的安全。所以本文以頂蓋在駕駛員位置的壓縮量最小化和卡車駕駛室質(zhì)量最小化為目標(biāo)建立多目標(biāo)優(yōu)化模型。同時駕駛室側(cè)圍的吸能不超過給定值，對駕駛室頂蓋和側(cè)圍的厚度進(jìn)行優(yōu)化，建立如下的多目標(biāo)優(yōu)化問題:
4結(jié)論
1)利用與車身相同的材料建立了吸能盒碰撞的仿真模型。給碰撞臺車設(shè)置一定的初始速度，使得吸能盒與剛性墻進(jìn)行碰撞。在碰撞臺車上裝有加速度傳感器，采集了臺車中間位置處的加速度曲線。
2)利用仿真軟件構(gòu)造與試驗相同的模型并對其進(jìn)行碰撞計算，得到了模擬的加速度曲線。
3)將1)和2)中得到的兩條曲線進(jìn)行比較，并通過反求技術(shù)求出材料的應(yīng)變率參數(shù)。相對于默認(rèn)的參數(shù)值，C和P分別增大了7. 89%和減小了1. 51%。
4)在對汽車翻滾模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化時，利用遺傳算法得到了一組解。相對于其它的優(yōu)化結(jié)果，給設(shè)計者提供了多個參考值。
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