1、基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUVSUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計 答辯人答辯人: : 蘇占龍?zhí)K占龍導(dǎo)導(dǎo) 師師: : 王王 霄霄 教授教授專專 業(yè)業(yè): : 機機 械械 工工 程程基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計汽車工程汽車工程領(lǐng)域領(lǐng)域三大三大主題主題安全安全節(jié)能節(jié)能環(huán)保環(huán)保 課題研究背景及課題提出課題研究背景及課題提出最為有效的途徑最為有效的途徑汽車輕量化汽車輕量化提高汽車碰撞安全性提高汽車碰撞安全性1.降低燃油消耗降低燃油消耗2.減少尾氣排放減少尾氣排放車輛碰撞類型車輛碰撞類型正碰正碰偏置碰偏置碰

2、側(cè)碰側(cè)碰后碰后碰側(cè)翻側(cè)翻輕質(zhì)材料輕質(zhì)材料先進加工工藝先進加工工藝結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化實現(xiàn)輕量化的方法實現(xiàn)輕量化的方法同時保證1、致傷率64.5%，居第一位2、致死率35%，僅次于正碰p實現(xiàn)輕量化不能以犧牲安全性為代價，因此要同時保證碰撞安全性同時保證被動安全被動安全主動安全主動安全基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計 課題課題研究現(xiàn)狀及研究現(xiàn)狀及課題提出課題提出汽車結(jié)構(gòu)輕量化汽車結(jié)構(gòu)輕量化單目標(biāo)確定性優(yōu)化多目標(biāo)確定性優(yōu)化多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化以輕量化為目標(biāo)。以輕量化與提高碰撞安全性為目標(biāo)；同時保證其他方面性能。以輕量化、提高碰撞安全性與提高穩(wěn)健性

3、為目標(biāo)提高穩(wěn)健性為目標(biāo)；同時保證其他方面性能。同時考慮由于同時考慮由于加工不確定性加工不確定性引起引起的性能波的性能波動動少提高汽車碰撞安全性提高汽車碰撞安全性引入近似模型基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計 汽車側(cè)面碰撞流程自動化系統(tǒng)的開發(fā)汽車側(cè)面碰撞流程自動化系統(tǒng)的開發(fā)2 SUV有限元模型的建立與有限元分析有限元模型的建立與有限元分析3 基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的車身輕量化基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的車身輕量化設(shè)計設(shè)計4 總結(jié)與展望總結(jié)與展望 本文主要研究內(nèi)容本文主要研究內(nèi)容1基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV

4、車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計汽車側(cè)面碰撞流程自動化系統(tǒng)的開發(fā)整車側(cè)面碰撞有限元模型的建立車門靜態(tài)有限元模型的建立Hypermesh通用前處理平臺SUV整車側(cè)面碰撞性能分析SUV車門模態(tài)性能分析SUV車門剛度性能分析汽車側(cè)面碰撞流程自動化系統(tǒng)平臺初選變量參數(shù)試驗設(shè)方法進行靈敏度分析，篩選變量最終變量基于拉丁超立方試驗設(shè)計方法的樣本采樣響應(yīng)面近似模型與Kriging近似模型的建立基于多學(xué)科多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化基于蒙特卡洛抽樣的可靠性分析與質(zhì)量水平檢查基于多學(xué)科多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計初初步步了了解解初初始始設(shè)設(shè)計計性性能能總結(jié)與展望 本文技術(shù)路線本文技術(shù)路線基于多目

5、標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計開發(fā)開發(fā)平臺平臺Windows 7/Windows XP-(TCL /TK腳本語言腳本語言)Hyperworks (Hypermesh，Hyperview)Process Manager( (Process Manager，Process Studio、Framework)基于基于Hyperworks 的汽車側(cè)面碰撞分析流程自動化系統(tǒng)的汽車側(cè)面碰撞分析流程自動化系統(tǒng)材 料 、材 料 、載 荷 數(shù)載 荷 數(shù)據(jù)庫據(jù)庫1基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計1

6、圖1.1 側(cè)面碰撞分析流程自動化系統(tǒng)流程樹l通用前處理：通用前處理：1、導(dǎo)入模型，2、自動抽取中面3、賦予屬性與材料l建立連接：建立連接：1、焊點2、螺栓3、粘膠l建立接觸與剛性墻：建立接觸與剛性墻：1、剛性墻2、自接觸3、焊點接觸4、粘膠接觸l邊界條件：邊界條件：1、初始 速度2、重力場l控制卡片：控制卡片：1、結(jié)束時間2、控制時間步3、單元控制4、接觸、沙漏、能量控制等l輸出卡片：輸出卡片： 1、二進制文件 2、輸出控制開發(fā)開發(fā)流程樹流程樹基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計自動抽取中面工具材料與載荷數(shù)據(jù)庫鈑金件：N零件號_項目代號

7、_T厚度*100;實體件：S零件號_項目代號 1CAD模型中的連接信息 CAE模型中的連接信息自動建立連接(1) 焊點連接(2) 螺栓連接(3)粘膠等其他連接（粘膠、縫焊、鉚接）基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計建立連接的用戶主界面n成果：實現(xiàn)了實現(xiàn)了CAD模型導(dǎo)入、抽取中面、建立連接、建立剛性墻與接觸、施加邊界條件、定義控制卡片與輸出卡片的流流程自動化程自動化，大幅度提高了側(cè)面碰撞有限元建模的效率大幅度提高了側(cè)面碰撞有限元建模的效率。1基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SU

8、V整車有限元模型的建立整車有限元模型的建立CAD模型歸類與導(dǎo)入電器底盤車身附件抽取中面網(wǎng)格劃分網(wǎng)格質(zhì)量檢查整車模型裝配連接螺栓粘膠焊接萬向鉸等其它基于include文件的整車網(wǎng)格材料、單元屬性定義屬性卡片定義材料卡片定義材料曲線輸入積分類型選擇YN剛性墻與接觸的建立幾何清理粘膠、焊點等其他接觸自接觸剛性墻控制卡片單元控制時間步控制結(jié)束時間沙漏控制等輸出卡片二進制文件輸出頻率d3plot文件輸出其他文件輸出控制初始條件重力加速度初始速度導(dǎo)出子系統(tǒng)k文件2紅色框-流程自動化； 網(wǎng)格劃分手動完成基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV整車有

9、限元模型的建立整車有限元模型的建立底盤車門白車身2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV整車有限元模型的建立整車有限元模型的建立整車有限元模型整車有限元模型2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV整車側(cè)面碰撞性能分析整車側(cè)面碰撞性能分析(1)碰撞系統(tǒng)總能量分析碰撞系統(tǒng)能量曲線(2)整車變形分析沙漏能與滑移界面能占總能量的百分比分別為4.020%和2.269%，小于10%的要求前門、B柱、中門下部發(fā)生嚴重變形，p分析可靠p通過提高B柱、前門、中門附件結(jié)構(gòu)的強度改善碰撞安全性

10、能2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV整車側(cè)面碰撞性能分析整車側(cè)面碰撞性能分析(3)前門與B柱測量點侵入量與侵入速度分析測量點編號代號測量點最大侵入量/mm代號測量點最大侵入速度/ms-1分析值目標(biāo)要求分析值目標(biāo)要求P1Bd1138.387150Bv18.153 8.5P2Bd2154.249160Bv27.863 8.5P3Bd3176.901180Bv37.715 9.5P4Bd4184.464190Bv48.003 9.5P5Bd5193.171190Bv59.76210.5P6Dd649.364100Bv65.402 7

11、.5P7Dd1180.978190Dv18.851 9.5P8Dd2189.070200Dv29.46810.5P9Dd3182.050210Dv310.24610.5P10Dd4195.853210Dv410.62610.5P11Dd5186.794190Dv510.04410.5測量點位置測量點侵入量曲線測量點侵入速度曲線測量點最大侵入量與最大侵入速度表2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV車門模態(tài)性能分析車門模態(tài)性能分析前門一階陣型中門一階陣型前門二階陣型中門二階陣型前門三階陣型中門三階陣型車門前三階模態(tài)振型圖2基于多目標(biāo)穩(wěn)

12、健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV車門模態(tài)性能分析車門模態(tài)性能分析車門模態(tài)階數(shù)代號分析值/Hz目標(biāo)要求/Hz振型描述前門1Fmode132.6730一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)2Fmode241.8535窗框+外板局部模態(tài)3Fmode366.0245內(nèi)板局部模態(tài)中門1Rmode130.8130一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)2Rmode237.5435內(nèi)板+外板局部模態(tài)3Rmode348.0145內(nèi)板局部模態(tài)車門前三階模態(tài)頻率與振型描述SUV車門剛度性能分析車門剛度性能分析窗框側(cè)彎工況Y向位移云圖 下垂工況Z向位移云圖 (1)前門剛度p滿足要求，存在輕量化設(shè)計空間2基于多目標(biāo)

13、穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV車門剛度性能分析車門剛度性能分析扭轉(zhuǎn)工況Y向位移云圖(窗框后下角) 扭轉(zhuǎn)工況Y向位移云圖(車門后下角)(1)前門剛度前門剛度各工況加載位置代號分析位移值/mmLCBZ201301目標(biāo)位移值/mm窗框剛度窗框后上角Fstiffness14.3208扭轉(zhuǎn)剛度窗框后下角(上扭)Fstiffness23.5647車門后下角(下扭)Fstiffness33.7387下垂剛度鎖芯處Fstiffness41.8355前門剛度分析結(jié)果匯總表p遠低于目標(biāo)值，存在較大輕量化空間2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化

14、方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計SUV車門剛度性能分析車門剛度性能分析(2)中門剛度側(cè)彎工況Y向位移云圖(窗框前上角)側(cè)彎工況Y向位移云圖(窗框后上角)下垂工況Z向位移云圖(窗框前上角) 下垂工況Z向位移云圖(窗框后上角) 2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(2)中門剛度下垂工況Z向位移云圖 下垂工況Z向位移云圖 (窗框前上角) (窗框后上角)中門剛度加載位置代號位移值/mmSQGM目標(biāo)值/mm余量系數(shù)窗框剛度窗框前上角chuangkuang_L7.158100.40窗框后上角chuangkuang_R5.44880

15、.47扭轉(zhuǎn)剛度車窗上角(上扭)niuzhuan_up12.736160.26車門下角(下扭)niuzhuan_down4.9446.50.32下垂剛度前鎖芯處chuizhi_F0.0581.524.00后鎖芯處chuizhi_R0.189314.79中門剛度分析結(jié)果匯總表SUV車門剛度性能分析車門剛度性能分析p遠離目標(biāo)值，存在較大的輕量化空間2基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方案的提出多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方案的提出3多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方案提出多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方案提出子模型建立子模型建立初始設(shè)計變量初始設(shè)計變量變量篩選變量篩

16、選（參數(shù)試驗設(shè)計）（參數(shù)試驗設(shè)計）最優(yōu)拉丁超立次方實驗設(shè)計最優(yōu)拉丁超立次方實驗設(shè)計構(gòu)造構(gòu)造 Kriging+響應(yīng)面近似模型響應(yīng)面近似模型增加樣本點增加樣本點精度檢驗精度檢驗NSGA-,NCGA,AMGA 多目標(biāo)確定性優(yōu)化多目標(biāo)確定性優(yōu)化質(zhì)量水平質(zhì)量水平檢驗檢驗穩(wěn)健性多目標(biāo)優(yōu)化穩(wěn)健性多目標(biāo)優(yōu)化穩(wěn)健性優(yōu)化方案確定穩(wěn)健性優(yōu)化方案確定更新近似模型更新近似模型各優(yōu)化算法的優(yōu)化各優(yōu)化算法的優(yōu)化結(jié)果與可靠性對比結(jié)果與可靠性對比蒙特卡洛抽樣蒙特卡洛抽樣簡化模型，降低單次抽樣計算時間減少變量，降低抽樣次數(shù)最終設(shè)計變量最終設(shè)計變量可靠性分析選擇穩(wěn)健性優(yōu)化算法選擇穩(wěn)健性優(yōu)化算法基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)

17、健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計側(cè)面碰撞子模型的建立與驗證側(cè)面碰撞子模型的建立與驗證子模型建立流程圖子模型邊界條件提取p保證精度的條件保證精度的條件下，降低了計算代下，降低了計算代價價3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計側(cè)面碰撞子模型的驗證側(cè)面碰撞子模型的驗證子模型子模型整車模型整車模型子模型子模型整車整車模型模型整車整車模型模型子模型子模型子模型子模型整車模型整車模型子模型與整車模型各項指標(biāo)對比驗證3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計31-前門內(nèi)板(

18、前) 2-前門外板 3-前門內(nèi)板(后)4-前門腰線加強件 5-前門防撞梁(上)6-前門防撞梁(下)7-中門鉸鏈加強件 8-中門防撞梁(下)9-中門防撞梁(中)10-中門防撞梁(上)11-中門外板 12-前門鎖加強件 13-B柱外加強板 14-中門內(nèi)板 15-中門鎖加強件 16-B柱內(nèi)加強板圖4.11 設(shè)計變量分布圖初始設(shè)計變量的選擇初始設(shè)計變量的選擇基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計初始設(shè)計變量的選擇初始設(shè)計變量的選擇變量名稱變量代號初始值/mm取值范圍/mm標(biāo)準差/mmB柱內(nèi)加強板B11.20.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1

19、.60.01B柱外加強板B21.40.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1.60.01前門內(nèi)板(后)D10.70.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.20.01前門內(nèi)板(前)D21.20.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1.60.01前門外板D30.80.6 0.7 0.8 1.0 1.2 1.40.01中門外板D40.80.6 0.7 0.8 1.0 1.2 1.40.01中門內(nèi)板D50.70.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.20.01前門防撞梁(上)F10.80.6 0.7 0.8 1.0 1.2 1.40.01前門防撞梁(下)F21.61.2 1.4 1.5 1.6 1

20、.8 2.00.01中門防撞梁(上)F31.61.2 1.4 1.5 1.6 1.8 2.00.01中門防撞梁(中)F40.70.5 0.6 0.7 0.8 1.0 1.20.01中門防撞梁(下)F51.61.2 1.4 1.5 1.6 1.8 2.00.01前門腰線加強板R10.80.6 0.7 0.8 1.0 1.2 1.40.01前門鎖加強件S11.40.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1.60.01中門鎖加強件S21.20.8 1.0 1.2 1.4 1.5 1.60.01中門鉸鏈加強件H11.51.0 1.2 1.4 1.5 1.6 1.8 0.01解決方案解決方案（1）通過）通

21、過ps篩選試驗，減少變量篩選試驗，減少變量（2）通過試驗設(shè)計方法采集樣本，建立近似模型，）通過試驗設(shè)計方法采集樣本，建立近似模型，代替有限元模型參與優(yōu)化代替有限元模型參與優(yōu)化設(shè)計變量相關(guān)參數(shù)加工不確加工不確定性定性p變量多，優(yōu)化計算代價仍然高3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計設(shè)計變量篩選試驗設(shè)計變量篩選試驗PS設(shè)計樣本點采樣矩陣設(shè)計變量對侵入量的主效應(yīng)圖設(shè)計變量對侵入速度的主效應(yīng)圖設(shè)計變量對內(nèi)能主效應(yīng)圖 設(shè)計變量對質(zhì)量的主效應(yīng)圖 設(shè)計變量對吸收內(nèi)能的Pareto圖設(shè)計變量對整車質(zhì)量的Pareto圖3p篩選出靈敏度較高的10組變量，用

22、于后續(xù)樣本采集基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計設(shè)計樣本采集設(shè)計樣本采集 （1）試驗設(shè)計方法選擇及樣本點采集）試驗設(shè)計方法選擇及樣本點采集采樣方法：最優(yōu)拉丁超立方采樣方法：最優(yōu)拉丁超立方試驗設(shè)計樣本點數(shù)：樣本點數(shù)：90響應(yīng)：質(zhì)量，吸收的內(nèi)能響應(yīng)：質(zhì)量，吸收的內(nèi)能E、侵入量、侵入速度、車門前三階模態(tài)、車門剛度等等40個響應(yīng)個響應(yīng)。3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計近似模型建立近似模型建立412122211212221111312152123-3117.1188 15113.5

23、554-2945.2983-2277.0634-66.3686-17865.89003911.10703677.1805-7.556427.870737.9697-11.14577.804910.970413.53026.4957-9.2359DdBBDFBBDDFB DB DB FB FB DB DB21221115242225343531354245551215256.13789.625834.434015.1576-7.89748.013116.5218-15.491716.7686-16.9968-10.7600-14.23214.50089.1887-16.1495-11.30999

24、213.4275FB FD FD FD DD FD FD DD DD FD FD FD FD FFFFFF FB33312134444121444325-2302.7206-2745.14092.2256-1761.4184502.5268757.00892.70760.90420.4437BDDBBDDFFT12345612345 ;Bv Bv Bv Bv Bv Bv Dv Dv Dv Dv DvvT55123461234T1212345125T10 11BBBBBBDDDDD1104.178 4.314 3.031 3.337 1.087 0.172 0.641 0.182 1.331 0

25、.465 0.579 ;1;10vvvvvvvvvvvB B D D D D D F F Fd134613252BBBBBBDDD1.4571.3951.3951.3991.3951.396;1.4571.3951.3951.3991.3951.396;1.3951.3941.394;1.3951.3941vvvvvvvvv45DD1.4871.396;.3941.4871.396vv式中：1=( , )()v r d RYF響應(yīng)面響應(yīng)面：Kringing模型：模型：3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕

26、量化基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化 目標(biāo)目標(biāo)：碰撞吸收內(nèi)能最大： max ( Energy)； 設(shè)計空間質(zhì)量最?。?min (mass_design)約束條件約束條件：s.t 1. 側(cè)碰安全性側(cè)碰安全性： 式中 - 與Bd j分別是門板和B柱侵入量； - Dvi與Bv j分別是門板和B柱侵入速度。2.模態(tài)模態(tài)：前門與中門 式中- 與Fi, fi 別是前門與中門的i階模態(tài)；i=1,2,3.3.剛度：剛度：前門與中門 式中- D_front_door與D_front_door分別代表前門與中門剛度。 kdD圖4.1.整車模型圖3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)

27、構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化（1）基于）基于NSGA-算法的確定性優(yōu)化算法的確定性優(yōu)化3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化（2）基于）基于NCGA算法的確定性優(yōu)化算法的確定性優(yōu)化3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化（3）基于）基于AMGA算法的確定性優(yōu)化算法的確

28、定性優(yōu)化3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化基于多目標(biāo)確定性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化（4）三種算法的確定性優(yōu)化結(jié)果對比）三種算法的確定性優(yōu)化結(jié)果對比3根據(jù)企業(yè)要求，分別從三種優(yōu)化算法得到的解集，選取一組，進行下一步的可靠性分析基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于蒙特卡洛抽樣的可靠性分析與質(zhì)量水平檢查基于蒙特卡洛抽樣的可靠性分析與質(zhì)量水平檢查約束響應(yīng)NSGA-確定性優(yōu)化解的可靠性分析NCGA確定性優(yōu)化解的可靠性分析AMGA確定性優(yōu)化解的可靠性分

29、析AMGA穩(wěn)健性優(yōu)化解的可靠性分析Sigma水平可靠度Sigma水平Sigma水平Sigma水平可靠度Sigma水平可靠度Bd181888181Bd22.9680.997888181Bd31.1260.7403.2913.2913.2910.99981Bd41.8810.940888181Bd581888181Bd681888181Dd10.6170.6170.9310.9310.9310.64881Dd22.3082.3073.2913.2913.2910.99981Dd30.9080.636888181Dd481888181Dd52.6120.991888181Bv1-Dv58188818

30、1Fstiffness1-Fstiffness481888181Fmode1811.7011.7011.7010.91181Fmode2，F(xiàn)mode381888181Rmode13.0900.9982.9682.9682.9680.99781Rmode2，Rmode381888181chuangkuang_L81888181chuangkuang_R81888181chuizhi_F，chuizhi_R81888181niuzhuan_up1.7930.9271.7171.7171.7170.91481niuzhuan_down2.2730.9772.1702.1702.1700.97081注

31、：表中質(zhì)量水平為8，代表可靠度為100%。也就是說在設(shè)定的設(shè)計變量變動范圍內(nèi)，發(fā)生分析結(jié)果超出約束邊界的事件為小概率事件?？煽啃苑治鼋Y(jié)果匯總3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于蒙特卡洛抽樣的可靠性分析與質(zhì)量水平檢查基于蒙特卡洛抽樣的可靠性分析與質(zhì)量水平檢查pAMGA算法兼具了兩種算法的優(yōu)點，Pareto解集的分布均勻性解集的分布均勻性、Pareto前沿的光滑性比光滑性比前兩種算法都要好，而且解的分布范圍更廣解的分布范圍更廣，能夠生成多樣性的解，探索性良好探索性良好。p經(jīng)可靠性分析知：以AMGA算法得到的最優(yōu)解要比NCGA、NSGA

32、-算法得到的最優(yōu)解可靠性略好可靠性略好。(1)多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的選取AMGA作為穩(wěn)健性優(yōu)化作為穩(wěn)健性優(yōu)化的優(yōu)化算法的優(yōu)化算法3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計Obj： Mode：Stiffnss：p目標(biāo)：質(zhì)量最小，碰撞安全性最優(yōu)，且標(biāo)準差最小p約束：各項性能滿足要求，且可靠度達到6sigma要求3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化的

33、車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計Obj： 各目標(biāo)函數(shù)的Pareto非劣解集變量名稱變量代號初始值/mm穩(wěn)健性優(yōu)化值/mmB柱內(nèi)加強板B11.21.2B柱外加強板B21.41.6前門內(nèi)板(后)D10.70.5前門內(nèi)板(前)D21.21.2前門外板D30.80.6中門外板D40.80.6中門內(nèi)板D50.70.7前門防撞梁(上)F10.81.0前門防撞梁(下)F21.61.4中門防撞梁(下)F51.61.2穩(wěn)健性優(yōu)化后與最初的設(shè)計變量值對比p根據(jù)企業(yè)要求，選取一個較優(yōu)的解。3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計穩(wěn)健性優(yōu)化前后對比結(jié)果穩(wěn)健性優(yōu)化前后對比結(jié)果

34、優(yōu)化前后侵入量對比曲線優(yōu)化前后變形對比圖穩(wěn)健性優(yōu)穩(wěn)健性優(yōu)化前化前穩(wěn)健性優(yōu)化穩(wěn)健性優(yōu)化后后3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計穩(wěn)健性優(yōu)化結(jié)果與優(yōu)化前對比穩(wěn)健性優(yōu)化結(jié)果與優(yōu)化前對比 p吸收的內(nèi)能增加，侵入量與侵入速度整體降低，碰撞安全性得到提高優(yōu)化前后侵入速度曲線對比優(yōu)化前后內(nèi)能吸收曲線對比3基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的基于多目標(biāo)穩(wěn)健性優(yōu)化方法的SUV車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計車身結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計穩(wěn)健性優(yōu)化穩(wěn)健性優(yōu)化結(jié)果結(jié)果與與近似近似模型驗證模型驗證 各項性能優(yōu)化前穩(wěn)健性優(yōu)化后目標(biāo)要求優(yōu)化改進分析值分析值近似模型值近似誤差Mass_design60

35、.845 kg53.992 kg53.992 kg0%-+11.263%E51.757 kJ51.986 kJ52.160 kJ0.333%-+0.442%Bd1 (P1)138.387 mm132.400 mm134.609 mm1.668%150 mm+4.326%Bd2 (P2)154.249 mm148.863 mm145.201 mm2.460%160 mm+3.492%Bd3 (P3)176.901 mm171.123 mm165.816 mm3.102%180 mm+3.266%Bd4 (P4)184.464 mm177.958 mm171.276 mm3.755%190 mm+

36、3.527%Bd5 (P5)193.171 mm182.750 mm177.054 mm3.117%190 mm+5.395%Dd6 (P6)49.364 mm49.391 mm49.987 mm1.207%100 mm-0.055%Dd1 (P7)180.978 mm173.771 mm180.004 mm3.587%190 mm+3.982%Dd2 (P8)189.070 mm178.738 mm179.669 mm0.521%200 mm+5.465%Dd3 (P9)182.050 mm180.130 mm184.553 mm2.455%210 mm+1.055%Dd4 (P10)195

37、.853 mm188.076 mm184.961 mm1.656%210 mm+3.971%Dd5 (P11)186.794 mm181.824 mm179.342 mm1.365%190 mm+2.661%Bv1 (P1)8.153 m/s8.052 m/s8.201 m/s1.845% 8.5 mm+1.239%Bv2 (P2)7.863 m/s7.853 m/s7.986 m/s1.698% 8.5 mm+0.127%Bv3 (P3)7.715 m/s7.713 m/s7.919 m/s2.669% 9.5 mm+0.026%Bv4 (P4)8.003 m/s7.836 m/s7.999

38、 m/s2.079% 9.5 mm+2.087%Bv5 (P5)9.762 m/s9.022 m/s9.130 m/s1.199%10.5 mm+7.580%Bv6 (P6)5.402 m/s5.451 m/s5.446 m/s0.089% 7.5 mm-0.907%Dv1 (P7)8.851 m/s8.439 m/s8.675 m/s2.799% 9.5 mm+4.655%Dv2 (P8)9.468 m/s9.052 m/s9.223 m/s1.888%10.5mm+4.394%Dv3(P9)10.246 m/s9.404 m/s9.785 m/s4.048%10.5 mm+8.218%Dv

39、4 (P10)10.626 m/s9.892 m/s9.870 m/s0.220%10.5 mm+6.908%Dv5 (P11)10.044 m/s9.498 m/s9.292 m/s2.170%10.5 mm+5.436%Fmode132.67 Hz31.28 Hz31.53 Hz0.770%30 Hz-4.255%Fmode241.85 Hz41.90 Hz41.96 Hz0.129%35 Hz+0.119%Fmode366.02 Hz64.28 Hz64.63 Hz0.541%45 Hz-2.636%Rmode130.81 Hz32.51 Hz32.51 Hz0.008%30 Hz+5.

40、518%Rmode237.54 Hz39.11 Hz39.09 Hz0.061%35 Hz+4.182%Rmode348.01 Hz50.40 Hz50.34 Hz0.135%45 Hz+4.978%Fstiffness14.320 mm4.401 mm4.391 mm0.230%8 mm-1.875%Fstiffness23.564 mm3.8007 mm3.747 mm1.421%7 mm-6.641%Fstiffness33.738 mm4.105 mm4.093 mm0.293%7 mm-9.818%Fstiffness41.835 mm1.983 mm1.974 mm0.452%5 mm-8.065%chuangkuang_L7.158 mm7.674 mm7.605 mm0.905%10 mm-7.209%chuangkuang_R5.448 mm5.747 mm5