运用自动优化技术的整车碰撞性能优化

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1、运用自动优化技术的整车碰撞性能优化作者：澳汰尔工程软件公司陈正宇摘耍：运用有限元技术，在同吋考虑整车的碰撞性能打刚度特性下进行减重以及结构优化。考虑所有恶劣工况下，运用Altair公司产品OptiStruct屮的优化功能对整车进行结构布局和优化，同时达到减重的目的。关键词:优化,减重,OptiStruct1引言汽车碰撞是汽千被动安全性研究的主要内容Z—,H前在汽示碰撞研究领域普遍采用的方法为试验方法和计算机仿真方法。随着技术的不断发展和推广，计算机仿真技术在碰撞分析中运用越来越广泛，也越来越成熟。由于汽车

2、碰撞分析是高速的高度非线性问题，碰撞CAE分析主要述是用显式求解器来求解，如LS-DYNA.RADIOSS等。而目前比较通用的优化软件，主要应用在线性领域。优化技术如何运用于碰撞仿真，这是个难点。木文运川Altair公司优化产品0ptiStruct來进行碰撞优化。将复杂的碰撞问题分解、切片，使Z能够用线性的优化软件来跨领域近似模拟碰撞问题，找出最优化的方案。2整车碰撞优化分析2.1总体的碰撞优化分析思路作为一个整车优化设计，需要同时考虑整乍的刚度性能与碰撞性能，在同时满足刚度要求和碰撞要求的同时，实现轻虽

3、化H标以及碰撞的最优变形模式。提取碰撞载荷和刚度载荷CrashmodelsStiffnessmodelExtract!ngdisplacementofloadingpointsusingacut-outmodelLoadlLoad2Load3Load4Load5Load6图2提取碰撞匸况载荷6.TorfSooloadingpokit6EndingLoadingpokMdltplac*nwntExtract!ngsectlonforces(frontalandrearimpact),contactforce

4、s(sideImpact),andpeakeventforces图1优化分析同时考虑碰撞分析和刚度分析木文只考虑碰撞的优化。以碰撞优化要求来说，每个碰撞工况考虑的约束和载荷均不同。图1、图2显示了不同的碰撞工况中的载荷、约束以及目标。tfronii；.nip>€t刊ToeboarddHpUcemwt2.Frontilimpact(OffwC)To

5、rimpect在有限元分析的过程当中，模型的准确性和简化的等效性具有重要的意义。山于所有的碰撞过程都是高速以及髙度非线性的，要近似模拟出这一个复杂的过程，需要对每一个碰撞工况进行很多个线性切片分析。因为对一个线性分析來说，是不足以模拟碰扌竜过程屮的严重塑性变形，所有运用一系列边界条件不同的线性分析才能够得到近似的碰撞响应，这种方法叫做“移动边界条件法”。2.2碰撞优化分析方法介绍现在以正而100%重為刚性準障碰撞为例，来说明来说移动边界条件法的思路以及运用。在正血100%重叠刚性壁障碰撞中，如果想得到一个

6、优秀的碰撞结果，作为主要吸能部件的纵梁，其压溃方式是关键。我们希望得到一个理想的阶梯式上升的截而力，其物理含义就是纵梁能够逐级完全压溃C运用移动边界条件法，这就町以把一个复杂的碰撞过程分成几个部分,运用Altair公司的产品OptiStruct进行优化。IdealPeakGLoading5101520Time(ms)2530图3理想的压溃纵梁截lij力将纵梁的压溃区域分成儿个部分，比如图4中的四个部分。SeelRe2Uc4图4纵梁压溃区域划分瞬态的碰撞爭件就可以近似地切片成几个边界条件不同的线性分析。约束

7、位置移动到离不变形区域最近的位置来形成每一个线性分析的边界条件。每一个线性优化分析的载荷则是该部分压溃时对应的理想截面力等效的整车加速度。Inipiementation❶f“movingbotnxLiiy"constiaint图5移动边界条件示意图图6显示了移动边界条件法的四个工况的边界条件和载荷，黄色球代表了不同时刻边界条件的移动。Loadcase118GloadLoadcase2:22.5GloadLoadcase431.5Gload图6移动边界法四个工况载荷和约束2.3实际运用结果根据移动边界条件法

8、，利用OptiStruct的优化功能对正而100%重證刚性壁障碰撞进行优化。优化后得到的整车材料分布云图，如图7所示。图7优化结果（材料分布云图）根据优化的得到的材料分布云图结呆，对纵梁进行优化，优化结來如图8所示。随着汽车技术的发展，在一些屮高档车屮，前纵梁采用激光拼焊的方式越來越常见，用此优化方法能够得到非常精准的每一部分的最优厚度，取得尤其好的效果。OuteifaceBaselinemodelisconsideredfo