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一种面向整车性能分解技术的多目标系统优化设计方法.设计.计算.研究.一种面向整车性能分解技术的多目标系统优化设计方法谢骋王蠡任凯泛亚汽车技术中心有限公司【摘要】构建了一种面向整车操纵稳定性指标分解技术的智能化仿真计算及子系统性能参数优化设计的分析方法流程.归纳了面向级轿车悬架系统外特性参数的典型变化范围带宽,并探索出了一条子系统外特性参数对多个整车性能目标的优化技术路线。
运用方法、响应面方法以及基于响应面结果的多目标优化算法,得到了悬架子系统各特性参数对整车操纵稳定性目标的敏感性、贡献率、近似模型以及最优设计值。
主题词:整车性能技术分解多目标系统优化设计中图分类号:文献标识码:文章编号:. ?,“,.,】【】℃?,.. . , ? 彻 ,, ,订 .:啪, ?,? ,涉及数量众多的子系统控制变量和多个整车目标变前言量.即控制变量之间存在着复杂的耦合关系,控制变在车辆架构开发的前期阶段.需要根据市场调量和目标之间存在着较强的非线性关系。
若将所有控制变量和目标直接投入优化流程.其效率和计算结果研所确定的一系列操纵稳定性、平顺性等整车性能目标.来进一步得到各子系统总成如悬架、转向、制的精度都会很低。
因此.先运用方法筛选出对整动、轮胎等的设计指标。
本文综合应用和? 车优化目标具有显著影响且贡献率较大的子系统参数.然后利用这些参数建立响应面模型.在响应面分构建了一种智能化仿真和基于统计学方法的析基础上进行寻优并找到全局最优解决方案。
性能指标分析流程.并以悬架系统为例,在大量整车操纵稳定性客观试验数据的基础上.确立了一套操 . ?优化任务集成模块开发针对图中提到的“车辆模型和优化任务桥接纵稳定性技术指标作为底盘架构的开发目标.同时对近百余辆乘用车的悬架、减振器阻尼特性等的自动化计算流程”,解决了个问题:抽初始动力学模型中悬架系统特性参数识别及非线性特性数据资源进行了梳理.确定出作为设计变量的子系统特性参数。
摘要汽车工业发展到今天，汽车车身已成为影响其各种性能的最大组成部分之一，特别是轿车车身，它在很大程度上决定了汽车的商品价值和销售市场。
近几十年来，人们对汽车的安全性、舒适性、经济性、可靠性和耐久性的要求越来越高；由于能源的紧缺和激烈的汽车市场竞争，又迫使汽车要实现轻量化并尽可能降低成本，因而引发材料工程与制造业巨大的变化，并促使设计理念和设计方法不断改进。
有限元法是关于连续体的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它在车身结构分析中发挥着重要的作用。
本论文利用先进的CAE技术，以某轿车白车身为主要研究对象，在Hyperworks软件下，建立了轿车白车身详细有限元模型，进行白车身自由模态分析、扭转工况和弯曲工况下的白车身刚度分析，以检测白车身是否满足基本的模态刚度要求。
并利用CAE 软件进行白车身钣金件的优化，以达到轻量化的目的，提高白车身的经济性和安全性，满足市场需求。
关键词：白车身模态刚度Hyperworks 优化备注：因要遵循公司保密条约，本论文数据已处理。
Modal and Stiffness Analysis and OPtimizationon Body-in-whiteof Car Based on Finite Element MethodAbstractAutomobile industry development today, the body has become the various properties of the largest part of the car body, in particular, it largely determines the value of the goods and the sale market of automobile. In recent decades, the vehicle safety, comfort, economy, reliability and durability of the increasingly high demand; because of the shortage of energy resources and the car market with intense competition, and forced the car to lighten and reduce costs as much as possible, and thus lead to materials engineering and manufacturing industry tremendous changes, and make the design concept and design method of continuous improvement. The finite element method is a kind of continuum discrete numerical calculation method, the mechanics model to approximate the numerical method,the body-in-whit structure analysis plays an important role.In this paper, the use of advanced CAE technology, to body-in-whit as the main research object, in Hyperworks software, establish the detailed finite element model of body-in-whit, for white body free modal analysis of torsional and bending condition and working condition of BIW stiffness analysis of body-in-whit, to detect whether meet the basic modal stiffness degree requirements. And the use of CAE software for white main body sheet metal parts optimization, has reached the goal of lightening the body-in-whit, improve the economy and safety of, meet market demand.Key words:Body-in-whit Moda Hyperworks Stiffness Optimization目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要. (Ⅱ)目录 (Ⅲ)第一章绪论 (1)1.1引言 (1)1.2国内外车身CAE技术研究现状 (2)1.3本文的主要内容 (3)第二章有限元法理论 (4)2.1引言 (4)2.2有限单元法和白车身刚度的基本原理 (4)2.2.1有限元和模态分析基本理论 (4)2.2.2白车身扭转刚度基本理论 (5)2.2.3白车身弯曲刚度基本理论 (7)2.2.4白车身门窗开口变形理论 (8)第三章某轿车白车身有限元建模 (9)3.1引言 (9)3.2建模要求 (9)3.2.1网格标准的确定 (9)3.2.2网格质量要求 (9)3.3建模的基本步骤 (10)3.3.1建模原则 (10)3.3.2单元类型的选择 (10)3.3.3连接方式的选择 (10)3.3.4单位制及材料特性 (11)3.2.5模型的装配 (11)第四章轿车白车身模态分析 (13)4.1白车身模态分析的意义 (13)4.2白车身模态分析的基本设置 (13)4.3白车身模态分析结果分析 (13)4.4本章小结. (16)第五章轿车白车身刚度分析 (17)5.1引言 (17)5.2白车身扭转工况分析 (17)5.2.1加载及约束条件 (17)5.2.2白车身扭转刚度结果表达及评价标准 (18)5.2.3轿车白车身扭转刚度数据处理及分析结果 (18)5.3白车身弯曲工况分析 (22)5.3.1加载及约束条件 (22)5.3.2白车身弯曲刚度结果表达及评价标准 (22)5.3.3轿车白车身弯曲刚度数据处理及分析结果 (23)5.4本章小结 (25)第六章轿车白车身优化分析 (26)6.1引言. (26)6.2优化分析的基本原理 (26)6.3优化分析的基本步骤 (27)6.3.1在Hypermesh中完成相关设置 (27)6.3.2提交Nastran完成计算 (28)6.3.3提取灵敏度信息 (28)6.3.4确定优化方案 (28)6.4白车身优化结果分析 (28)第七章结论与展望 (29)7.1本文结论 (29)7.2工作展望. (29)参考文献 (30)致谢 (32)第一章.绪论1.1引言近几年，我国汽车工业快速而稳步发展，打造我国自主品牌、开发核心技术是我国汽车工业的必然选择。
常用CAE分析简介1. 有限元分析（FEA）：有限元分析是一种将复杂结构分解为简单单元的方法，通过求解这些单元的力学行为，从而得到整个结构的力学性能。
有限元分析广泛应用于结构分析、热分析、流体分析等领域，可以帮助工程师评估设计的强度、刚度、稳定性等性能指标。
2. 计算流体动力学（CFD）：计算流体动力学是一种利用数值方法模拟流体流动问题的方法。
通过CFD分析，工程师可以了解流体在特定条件下的速度、压力、温度等参数，从而优化设计，提高设备的性能。
CFD分析广泛应用于航空航天、汽车、化工、建筑等领域。
3. 多体动力学（MBD）：多体动力学是一种模拟多个刚体之间相互作用的力学分析方法。
通过MBD分析，工程师可以研究机械系统的运动特性、动力学性能和振动特性，从而优化设计，提高设备的可靠性。
MBD分析广泛应用于汽车、、航天器等领域。
4. 优化设计：优化设计是一种在满足一定约束条件下，寻找最优设计方案的方法。
通过优化设计，工程师可以在保证产品质量的前提下，降低成本、提高性能。
优化设计方法包括线性规划、非线性规划、遗传算法等。
5. 可靠性分析：可靠性分析是一种评估产品在使用过程中发生故障的概率的方法。
通过可靠性分析，工程师可以了解产品的故障模式和故障原因，从而优化设计，提高产品的可靠性。
可靠性分析方法包括故障树分析、故障模式与影响分析等。
CAE分析在工程领域具有广泛的应用，可以帮助工程师在设计阶段发现潜在问题，优化设计，提高产品质量和降低成本。
随着计算机技术的不断发展，CAE分析将在未来发挥越来越重要的作用。
6. 热分析：热分析是一种评估产品在温度变化下的热传导、热对流和热辐射性能的方法。
通过热分析，工程师可以了解产品在不同温度条件下的热性能，从而优化设计，提高产品的热效率和热稳定性。
热分析广泛应用于电子设备、汽车、航空航天等领域。
7. 声学分析：声学分析是一种评估产品在声波作用下的声学性能的方法。
通过声学分析，工程师可以了解产品在不同频率下的声压级、声强级和声功率级等参数，从而优化设计，提高产品的声学性能。
乘用车设计CAE分析指南概述指南是针对乘用车各项性能进行有限元分析的建议，以此在乘用车设计初期(样车生产之前或生产之后)寻找设计中的技术缺陷，避免颠覆性的设计错误，本指南的目的是使客户初步了解内容所述有限元分析内容的用途和意义，目的是为了通过分析协助客户深入了解自身产品性能，量化乘用车性能参数，使相关数据更具有可控性和可管理性，减少开发费用，减少设计缺陷，避免设计失误，同时可部分代替试验或减少试验次数，减少召回的可能性，使客户的乘用车产品在市场上更具有竞争力。
指南的分析内容包括乘用车的空气动力学分析，乘用车的白车身强度分析，包括各种行驶工况应力应变分析；NVH分析包括连接部分刚度分析、整车模态分析、整车刚度分析(弯曲刚度、扭转刚度分析)；乘用车的疲劳分析、乘用车的正面碰撞分析及乘用车零部件分析。
方案内容1. 空气动力学分析汽车的空气动力学性能，是汽车动力性能的——个重要指标，风阻系数的大小直接决定了汽车的动力性能。
本项分析使用流体动力学分析软件进行，模拟风洞试验状况，如果非必须通过试验获得风阻系数，本项分析完全可使汽车制造商不必再进行风洞试验即可获得汽车的风阻系数。
2. 车身强白度分析强度分析主要考察白车身在各种不同的行驶工况下的强度和应力应变水平，是乘用车CAE最早应用也是最基本的性能分析项目。
这—分析能够使得白车身在各种工况下保证汽车的强度在许可的范围之内。
本项内容主要使用静力学分析软件完成。
3. NVH(噪声、振动、声振粗糙度)分析NVH的研究在国际上还是一个未完成的课题，目前可以定量分析的主要集中在如下几个方面。
其中主要包括6项分析，各连接部分的截面特性分析、连接部分刚度分析、模态分析、整车刚度分析、横梁连接部分刚度分析和传递特性分析。
这些分析的目的是考察乘用车的NVH性能，这种方式是将振动、噪声、舒适性的相关性能映射到刚度特性上进行考察，最终结果将依据参考的竞争车型或已有数据进行评价。
