一种客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114996846A(43)申请公布日2022.09.02(21)申请号202210605171.1G06T17/20(2006.01)(22)申请日2022.05.30G06F111/06(2020.01)G06F119/14(2020.01)(71)申请人湖北汽车工业学院地址442002湖北省十堰市张湾区车城西路167号(72)发明人吴胜军梁治千张宗宏袁威孙晨浩张慧玲(74)专利代理机构济南泉城专利商标事务所37218专利代理师张贵宾(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F30/27(2020.01)G06N3/12(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图5页(54)发明名称一种客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法(57)摘要本发明涉及汽车技术领域,具体涉及一种客车薄壁梁吸能盒的碰撞特性研究方法和多学科优化设计方法,提出了复杂比例评价方法来确定薄壁梁的最佳截面形状；提出了等级评价方法来确定最佳诱导结构和数量；提出了客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法，该方法从提高薄壁梁的吸能及降低碰撞力峰值和变形量来进行优化设计，以解决薄壁梁吸能不彻底的问题，提高客车碰撞的安全性；提出了利用帕累托主效应图来进行设计变量灵敏度分析，以此筛选变量，减少设计变量从而减少计算时间。CN114996846ACN114996846A权利要求书1/2页1.一种客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法，其特征在于：具体步骤为：S1.建立不同截面形状的薄壁梁有限元模型；S2.基于多角度载荷作用下不同截面形状薄壁梁的碰撞模拟仿真，角度设置为0°、5°、10°、20°；S3.运用复杂比例评价方法选择最佳的截面形状；S4.在步骤S3中的最佳截面形状薄壁梁上添加不同结构和不同数量的诱导槽，并进行碰撞分析，诱导槽的结构为U型、圆形、方孔；S5.运用等级评价方法确定最佳诱导结构的类型和数量；S6.在步骤S5的基础上，以薄壁梁的长度、截面边长、壁厚和诱导槽的位置作为设计变量，以最大碰撞力峰值、吸能量和变形量作为响应，利用格栅序列Mels实验设计法进行DOE实验设计；S7.利用帕累托主效应图进行灵敏度分析，筛选变量，减少计算时间；S8.利用最小二乘法对设计变量和响应进行拟合；S9.以吸能最大为优化目标，以碰撞力峰值和变形量为约束条件，采用非支配排序遗传算法NSGA‑Ⅱ进行多目标优化设计；S10.通过优化后的薄壁梁设计一款吸能盒装置，安装于客车前端；S11.对有、无吸能盒装置的客车分别进行多角度载荷下的碰撞分析，对比整车吸能和驾驶员处的加速度，从而确定薄壁梁的优化设计方法具有良好的吸能特性。2.根据权利要求1所述的客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法，其特征在于：所述步骤S3的复杂比例评价方法的基本计算步骤如下：步骤1：构建初始决策矩阵式中：xij表示第j个性能指标下第i种设计方法的性能值，m为总的设计方案数，n为总的性能指标数；步骤2：初始决策矩阵归一化处理，将所有性能指标值进行无量纲化化式中：rij为第j个性能指标下第i种设计方案的无量纲性能值；步骤3：无量纲矩阵加权归一处理式中：wj为第j个性能指标的权重比；步骤4：将加权归一化处理后的无量纲矩阵根据对碰撞性能有利与无利分别进行求和2CN114996846A权利要求书2/2页式中：y+ij和y‑ij为加权归一化后有利和无利的性能指标值，S+i为n个指标中有利性能指标之和，S‑i为n个指标中无利性能指标之和，S+和S‑为对m种方案所有有利和无利性能指标分别进行求和，其中：S++S‑＝1；步骤5：计算所有设计方案的综合评价值根据Qi值，对每种设计方案进行综评分式中：Qi值和Ui值越大，表明第i种设计方案越好。3.根据权利要求1所述的客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法，其特征在于：所述步骤S5的等级评价方法中采用如下计算公式对不同性能指标进行评分，即式中：Fmax为最大碰撞力峰值，(Fmax)max和(Fmax)min为9种诱导结构中最大和最小的碰撞力峰值，E为吸能量，Emax和Emin分别为最大的吸能量和最小的吸能量。4.根据权利要求2所述的客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法，其特征在于：所述步骤S3中确定的横截梁的最佳的截面形状为正六边形。5.根据权利要求3所述的客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法，其特征在于：所述步骤S5的运用等级评价方法确定的最佳诱导槽的结构为U型，数量为三层。3CN114996846A说明书1/6页一种客车薄壁梁吸能盒的优化设计方法技术领域[0001]本发明涉及汽车技术领域,具体涉及一种客车薄壁梁吸能盒的碰撞特性研究方法和多学科优化设计方法。背景技术[0002]客车的安全性能直接影响乘员的生命财产安全。薄壁梁