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基于多学科优化设计方法的白车身轻量化
建立某国产轿车的整车有限元模型，依据侧碰法规及NVH性能要求对白车身结构进行了多学科集成优化设计。根据侧碰及NVH仿真结果，选取白车身关键零件的板厚及材料为变量，以白车身质量和刚度为目标，以侧碰加速度及侵入量为约束条件，建立了白车身刚度径向基函数(RBF)神经网络近似模型及侧碰二阶逐次替换的响应面模型( Stepwise-RSM)，利用模拟退火算法进行了多目标优化，在保证了车辆的安全及NVH性能的前提下使白车身质量下降了15.7 kg。
由表4可见近似误差分别为4. 33%和10. 67 %，误差较大的原因是由于碰撞物理现象的
高度非线性和不确定性，如果要进一步提高精度，则需要建立更高阶的近似模型。考虑到实际的优化计算效率，且根据以往的试验与仿真的对比分析经验，可以采用本文建立的近似模型进行优化。
图10 刚度近似模型
Fig.10 Approximate model of static stiffness
图11 碰撞近似模型
Fib.11 Approximate model of crash
图12 刚度、模态部分指标真值一预测值
Fig.12 Real-prediction values of stiffness and mode
图13 侧碰部分指标真值一预测值
Fig.13 Real-prediction values of some side crash indexes
2.5 优化结果分析
表5为白车身轻量化优化设计结果，从表中可见，白车身质量减少了15. 7kg，下降了3. 74%，尽管白车身静态弯曲、扭转刚度以及弯曲、扭转模态有所下降，但其优化结果仍然满足设计目标值；整车侧面碰撞各项约束条件都有不同程度的变化，但优化后的结果均满足设计要求。表6为优化前后各设计变量的板厚取值对比。
表5 白车身轻量化优化设计结果
Table 5 Optimization design results of BIW lightweight
表6 优化前后板厚值
Table 6 Thickness before and after optimization
3 结束语
白车身轻量化设计是一个多学科交叉的系统工程，各个学科或子系统之间相互作用，相互影响，通过多学科优化方法能够有效地利用计算机网络技术集成各个学科(子系统)的模型和流程，应用“试验设计一近似模型一全局优化”的优化策略，能够有效获得系统的整体最优解，同时缩短设计周期，对白车身的开发具有指导性意义。通过对某白车身进行多学科轻量化设计，结果表明在白车身静态弯曲、扭转刚度以及一阶弯、扭模态频率和侧碰性能仍然满足设计目标要求的情况下，使白车身质量减少15. 7 kg，降低了3.74%，取得良好的轻量化效果。
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