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面向侧碰安全性和轻量化的某电动客车骨架可靠性优化

面向侧碰安全性和轻量化的某电动客车骨架可靠性优化

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作者：代荣霄昆明理工大学

学位级别：硕士

考虑车身结构的静态、模态性能、侧面碰撞安全性及可靠性对其轻量化设计的重要性,针对有限元方法优化迭代时计算量大、无法高效的实现优化的问题。本文以电动客车骨架为研究对象,整车质量为优化目标,弯曲、扭转工况下的静态、模态及碰... 详细信息

考虑车身结构的静态、模态性能、侧面碰撞安全性及可靠性对其轻量化设计的重要性,针对有限元方法优化迭代时计算量大、无法高效的实现优化的问题。本文以电动客车骨架为研究对象,整车质量为优化目标,弯曲、扭转工况下的静态、模态及碰撞性能指标为约束条件,基于代理模型方法对电动客车骨架进行侧面碰撞安全性与轻量化优化。首先,建立电动客车骨架静态、模态及侧面碰撞有限元(FE)模型,分析弯曲、扭转工况下车架的最大位移、应力分布、模态频率及振型,分析车架发生侧面碰撞时的能量、质量变化、侧面防护梁的侵入量及侵入加速度,全面评价客车骨架的刚度、强度、模态及侧面碰撞性能。然后,根据客车骨架区域化的相对灵敏度分析结果,选取11组优化设计变量,采用哈默斯雷采样(Hammersley)方法进行试验设计(DOE)获取样本点。通过最小二乘法(LSR)、移动最小二乘法(MLSM)及径向基神经网络方法(RBFNN)构建优化目标和约束的代理模型并进行精度对比,选择拟合精度较高的方法构建代理模型。最后,通过遗传算法(GA)和基于可靠性评估的序列优化算法(SORA)分别对车架进行确定性和可靠性优化,并进行可靠性对比分析。将优化后的设计变量值代入有限元模型进行仿真,并分析代理模型预测值与有限元模型仿真值的相对误差。选取可靠性优化结果进行圆整化(参数取整)作为最终的优化设计方案,通过有限元模型验证其符合工程设计要求。研究结果表明:在保证车架基本性能的前提下,可靠性优化后各项性能指标的可靠度达到100%,优化后客车骨架侧面防护梁上部侵入量I、中部侵入量I和下部侵入量I曲线峰值分别为94.11mm、86.9mm和46.43mm,比优化前分别降低了35.42%、31.14%和34.20%,侧面抗撞性明显提升。优化前的客车骨架重量为1.14452t,优化后为1.08757t,减重0.05695t,最终减重率达4.98%。综合不同拟合方法的优势构建代理模型有利于提高其优化预测的精度,代理模型方法在节约了计算成本的同时实现了可靠性优化的目标,对提高优化设计效率有重要意义。

关键词：电动客车骨架轻量化侧面碰撞代理模型试验设计遗传算法可靠性评估

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