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概念设计阶段基于解耦模式的车门截面形状优化

苏晅  
【摘要】:随着社会和经济的发展,汽车市场竞争的愈加激烈,这就要求汽车新产品的研发周期越来越短,而车门设计是车身设计中非常重要的部分,因此,在车门设计的早期——概念设计阶段就对车门的刚度、强度、振动等性能进行计算分析,并提出初步的优化方案,对缩短汽车开发的周期和提高生产效率具有很重要的意义。 近似模型技术在工程优化问题中的应用日趋成熟,但是随着优化问题的深入和设计变量的增加,用于构建近似模型的样本数目随之提高,对于高维的优化问题,如何平衡构造模型的精度和效率成为工程优化领域面对的主要瓶颈。 本文运用基于解耦模式的近似模型构造方法,对一款处于概念设计阶段的车门进行截面形状优化。主要研究内容如下: (1)车门初始性能计算,建立了原始车门的有限元模型,并对车门刚度和自由模态性能进行了分析。 (2)形状变量的设置和灵敏度计算,针对车门的结构特点,利用HyperMorph在车门的主截面上定义形状变量,并分析了形状变动可能引发的问题,然后对各个工况对形状变量的灵敏度进行了计算,通过筛选得到了最终的优化设计变量。 (3)耦合性判断和近似模型建立,根据Cut-HDMR设计生成样本点,自定义DOE实验,对样本点的响应值进行计算,在此基础上对变量之间的耦合性进行判断。利用Kriging插值的方法构造Cut-HDMR的每一项表达式,从而建立静态刚度的近似模型,并对其精度进行检测。 (4)多目标优化,建立刚度的多目标优化模型,引入均衡目标函数,利用NSGA-II对多目标模型进行求解,得到最终的优化模型,使得垂直刚度和扭转刚度得到了很大的提高,各个刚度之间的分布比较均衡,且合理的减小了车门的质量,最后对优化后的模型进行验证。


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