多学科设计优化在汽车领域中的应用

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1、0900Z03T02••备吉目录a>i.、爲_BIJ52—、国内研究现状31、轻量化设计32、结构优化43、性能优化64、汽车设计中的多学科没计优化新方法7二、国外研究现状7三、总结12参考文献13随着科学技术的不断发展，飞机、汽车、机床等大型机械的构造越来越S杂。其设计过程必然更加S杂，往往需要综合数I门学科的知识来进行设计。世然每个学科领域都形成丫己的一套研究方法与发展思路，但各学科之间明显缺乏沟通与联系。另一方面，传统的优化设计一般釆用串行设计方式，集屮在某个零件或是只考虑某一个性能或学科的影响，人为地割裂了整个系统內各学科之间的相互作川，并没冇利川各

2、学科之间相互影响产生的协同效应。这种没计方法只能获得局部的最优解，却有可能失去系统最优解，甚至产生矛盾，ifii.R设计周期长，成本高。然而，多学科优化设计MDO(MultidisciplinaryDesignOptimization),可针对产品设计血临的复杂M题以及优化方法木身不足，通过充分利用和探索系统十相互作用的协同机制来设计复杂系统和了系统的方法论。从而冇效的设计和优化策略、组织和管理设计过程，充分利用多学科相互作用产生的协调效应获得系统最优解，缩短设计周期，节约成本。汽车产品开发技术是建立在相关基础技木之上的系统集成技木，现代社会要求开发的汽车产

3、品质量轻、价格低、能耗少和性能稳定，也就是要求汽车的整体性能最优。其设计过程涉及发动机、传热、热力、液压、传动、力学、空气动力、控制工程、电子电器、外观造型、人机工程等专业的知识。同吋，还要考虑国家产业政策、相关法律法规、市场耑求、制造工艺、制造成本、讨靠性、人力及计算机资源等因素，而TL也耍考虑这些因素之间所产生的相互影响、相互作用的耦合关系W。为了解决上述闷题，在汽车设计过程中引入多学科优化设计方法，以达到汽车的整体性能最优。一、国内研究现状1、轻量化设计汽车轻S化在节约能源的同时乂降低了成本，艽优化设计需要考虑车身各项性能。运用多学科的集成优化设计，寻

4、找系统整体的最优解。史国宏、陈勇等人针对白:午:身的轻量化设计，建立了参数化模型。通过多学科优化，根据白车身自身性能的特点对其分成不M的优化区域分別进行不M丄况的优化,找到白车身零件形状、尺寸、位置与厚度等各参数之叫的最佳组合，以及满足系统各项性能要求的重朵最优解，使G车夂轻景化设计的潜能得到最人程度的发挥。同时利川方差分析方法，对各设计变量对性能的贡献量与主效应进行分析，掌掘设计变蛍对刚度，模态、被动安全性能以及重量的影响规律［21。阁1分优化区域的幣车D车身参数化模艰图2优化循环过程设计变量初始位上阳优化值质星变化膨legx.'nun下限ridJflO0

5、.S141.612-027X尺寸）002015037*23（呼度）1.41.82.51.6-04灸他罝〉-50050500灸（材料〉CRS60CR560CR980CR7800知4＜斤度）1.2182016-0.2n（位置）003050叹尺寸）-70030-30-03Fh傳度）1.61.62.01.60厂24（尺寸）一30030一15-0.3衣1设计变fl优化结采张勇、李光耀等人针对整车轻蛍化设计应用多学科设计优化，采用了一种新型的响应面构建方法构建了整车耐撞性与內车身自由模态多学科系统的近似模型。通过对模型进行优化获得了在满足CMVDR294安全法规的同吋，

6、使得0车身的扭转模态值得到提尚，汽车重景得到较大程度减轻的最优解131。设计变置和响俺的初始位和优化位如下表所示：没U•变量和响应初始值卜阪上限优化值Ti(null)0.80.72.01.5•T2(mm)1.20.51.50.5■Ti(mm)1.20.51.50.5•74(mm)1.00.82.01.3■Ts(nini)0.60.51.51.0•Te(mm)1.03.01.2■r7(nun)2.21.03.01.5■?n(kg)27.34•■18.400.999^b(m$2)468•■3780.937h(nun)176.5••119.70.951Adiz)2

7、6.0••27.50.999衣2设计变ft优化结果胡朝辉、成艾国等人在拼焊板车门轻量化设计中应用多学科优化设计。通过建立拼焊板內板门系统的刚度、强度、侧碰安全性多学科系统的近似模型，将拼焊板内板焊缝线位置及各板件的厚度作为没计变量进行优化,在车门系统的下垂刚度、强度及侧碰性能得到提商的同吋，车门系统质M也得到较大程度的减小［41。阁3车门系统介限元模壻设汁变量和响应初始值卜•限上限优化值ri＜拼焊板前侧内板厚度？1.60.81.81.2r2f拼焊板后侧内板厚度？1.00.71.20.8T3f外板厚度？0.80.71.20.774f外板加强版）9度；1.00.

8、71.21.2r5f窗框加强上板厚度＞0.80.71