可靠性优化设计在汽车构件耐撞性中的应用

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1、万方数据第19卷第lo期计算机辅助设计与图形学学报2007年10月JOURNALOFCOMPUTER—AIDEDDESIGN&COMPUTERGRAPHICSv01．19．No．100ct．，2007可靠性优化设计在汽车构件耐撞性中的应用孙光永李光耀王建华张勇钟志华(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082)(sgy800@126．corn)摘要将实验设计、响应表面法和蒙特卡罗模拟技术相结合，提出了基于产品质量工程的6a概率优化设计方法，实现了对汽车构件耐撞性的优化设计，提高了设计变量的可靠性．数字算例表明，该方法具有较高的精度和较强的工程实用性．关键词实验设计；

2、响应表面法；可靠性优化设计；碰撞模拟；6a中圈法分类号0232TheApplicationofReliabilityOptimizationDesigntoAutomotiveStructuralCrashworthinessSunGuangyongLiGuangyaoWangJianghuaZhangYongZhongZhihua(StateKeyLaboratoryofAdvancedDesignandManufactureforVehicleBody，HunanUniversity，Changsha410082)AbstractThroughtheintegratedappl

3、icationsofdesignofexperiments，responsesurfacemodelmethodandMonteCarlosimulationtechnique，thepaperaddressesa6a—basedprobabilisticdesignoptimizationmethod．Themethodnotonlyrealizestheoptimizationofthecrashworthinessofautomobilecomponents，butalsoimprovesthereliabilityofthedesignparameters．Casestud

4、yindicatesthismethodhashigherprecisionandpracticability．Keywordsdesignofexperiments；responsesurfacemethod；reliabilityoptimizationdesign；crashworthinesssimulation；sixsigma汽车车身承载结构几乎都是由薄壁金属件构成的，当车辆发生碰撞时，它在受到了强烈撞击的薄壁构件产生塑性变形的同时吸收碰撞能量．因此，车辆结构的碰撞吸能设计在很大程度上取决于薄壁构件的碰撞性能设计11j．国内外已有许多学者运用有限元程序，如LSDYNA，

5、PAM—CRASH和MSC—DYTR—AN等商业软件，对薄壁结构的吸能性以及如何提高薄壁结构的耐撞性进行了大量的研究，这对指导汽车结构的设计和提高汽车的碰撞安全性起到了积极的推动作用坦-5J．近年来，随着数字模拟技术、优化理论的逐渐成熟和计算机软硬件技术的快速发展，以有限元分析工具并结合优化算法来提高结构的耐撞性问题成为国际上研究的前沿课题．单次碰撞模拟通常花费大量的计算资源和时间，优化是一个反复迭代的过程，需要多次调用单次仿真的分析结果，若一次优化过程需调用上千次有限元模型的计算结果，则使得优化设计失去实用意义．在汽车薄壁构件碰撞有限元数值仿真过程中，设计变量的变化往往导致单元计

6、算或接触计算产生问题，导致优化迭代过程中因单收稿日期：2006—12—26；修回日期：200704—13．基金项目：国家自然科学基金重点项目(60635020)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET．04．0766)．孙光永，男，1981年生，博士研究生，主要研究方向为汽车CAE技术、汽车覆盖件成型工艺设计中的不确定优化理论和方法．李光耀，男，1963年生，博士，教授，博士生导师，主要研究方向为汽车CAE技术、车身冲压及汽车碰撞计算机仿真技术、汽车模具快速设计制造技术．王建华，男，1972年生，博士，主要研究方向为cAD／cAE集成．张勇，男，1980年生，博士，主要研究方向为汽

7、车CAE技术．钟志华，男，1962年生，博士，教授，博士生导师，中国工程院院士，主要研究方向为汽车安全性、车身设计制造、新概念车等．万方数据10期孙光永等：可靠性优化设计在汽车构件耐撞性中的应用1309次仿真的失效而使整个优化过程无法进行．汽车薄壁构件数值仿真易受数值噪声的影响，碰撞数值模拟的目标响应是一个多峰且不连续的过程，若直接在有限元模型的基础上进行优化设计，易使目标函数陷入因数值噪声引起的局部峰值中，最终的优化结果难以直接用于指导实际的设计．因此，优化理论和有