運(yùn)用自動(dòng)優(yōu)化技術(shù)的整車碰撞性能優(yōu)化

　　摘 要: 運(yùn)用有限元技術(shù)，在同時(shí)考慮整車的碰撞性能與剛度特性下進(jìn)行減重以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。考慮所有惡劣工況下，運(yùn)用Altair公司產(chǎn)品OptiStruct中的優(yōu)化功能對(duì)整車進(jìn)行結(jié)構(gòu)布局和優(yōu)化，同時(shí)達(dá)到減重的目的。

1 引言

　　汽車碰撞是汽車被動(dòng)安全性研究的主要內(nèi)容之一，目前在汽車碰撞研究領(lǐng)域普遍采用的方法為試驗(yàn)方法和計(jì)算機(jī)仿真方法。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和推廣，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在碰撞分析中運(yùn)用越來越廣泛，也越來越成熟。由于汽車碰撞分析是高速的高度非線性問題，碰撞CAE分析主要還是用顯式求解器來求解，如LS-DYNA、RADIOSS等。而目前比較通用的優(yōu)化軟件，主要應(yīng)用在線性領(lǐng)域。優(yōu)化技術(shù)如何運(yùn)用于碰撞仿真，這是個(gè)難點(diǎn)。

　　本文運(yùn)用Altair公司優(yōu)化產(chǎn)品OptiStruct來進(jìn)行碰撞優(yōu)化。將復(fù)雜的碰撞問題分解、切片，使之能夠用線性的優(yōu)化軟件來跨領(lǐng)域近似模擬碰撞問題，找出最優(yōu)化的方案。

2 整車碰撞優(yōu)化分析

　　2.1 總體的碰撞優(yōu)化分析思路

　　作為一個(gè)整車優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要同時(shí)考慮整車的剛度性能與碰撞性能，在同時(shí)滿足剛度要求和碰撞要求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)輕量化目標(biāo)以及碰撞的最優(yōu)變形模式。

圖1 優(yōu)化分析同時(shí)考慮碰撞分析和剛度分析

　　本文只考慮碰撞的優(yōu)化。以碰撞優(yōu)化要求來說，每個(gè)碰撞工況考慮的約束和載荷均不同。圖1、圖2顯示了不同的碰撞工況中的載荷、約束以及目標(biāo)。

圖2 提取碰撞工況載荷

　　在有限元分析的過程當(dāng)中，模型的準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)化的等效性具有重要的意義。

　　由于所有的碰撞過程都是高速以及高度非線性的，要近似模擬出這一個(gè)復(fù)雜的過程，需要對(duì)每一個(gè)碰撞工況進(jìn)行很多個(gè)線性切片分析。因?yàn)閷?duì)一個(gè)線性分析來說，是不足以模擬碰撞過程中的嚴(yán)重塑性變形，所有運(yùn)用一系列邊界條件不同的線性分析才能夠得到近似的碰撞響應(yīng)，這種方法叫做“移動(dòng)邊界條件法”。

　　2.2 碰撞優(yōu)化分析方法介紹

　　現(xiàn)在以正面100%重疊剛性壁障碰撞為例，來說明來說移動(dòng)邊界條件法的思路以及運(yùn)用。在正面100%重疊剛性壁障碰撞中，如果想得到一個(gè)優(yōu)秀的碰撞結(jié)果，作為主要吸能部件的縱梁，其壓潰方式是關(guān)鍵。我們希望得到一個(gè)理想的階梯式上升的截面力，其物理含義就是縱梁能夠逐級(jí)完全壓潰。運(yùn)用移動(dòng)邊界條件法，這就可以把一個(gè)復(fù)雜的碰撞過程分成幾個(gè)部分，運(yùn)用Altair公司的產(chǎn)品OptiStruct進(jìn)行優(yōu)化。

圖3 理想的壓潰縱梁截面力

　　將縱梁的壓潰區(qū)域分成幾個(gè)部分，比如圖4中的四個(gè)部分。

圖4 縱梁壓潰區(qū)域劃分