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原文传递面向行人综合保护的某微型客车前部结构优化

论文题名：	面向行人综合保护的某微型客车前部结构优化
关键词：	微型客车;行人保护;低速碰撞;轻量化;近似模型;多目标优化;稳健性设计;前部结构
摘要：	交通事故给社会带来了沉重负担，行人事故率和行人死亡人数居高不下，在汽车设计过程中应该考虑行人保护问题，行人保护研究具有重要的现实意义。本文以某公司某款微型客车为研究对象，分别对微型客车的行人腿部保护和头部保护两个方面进行研究，使微型客车行人保护的综合性能得到提高。主要研究工作及成果如下：　　（1）建立微型客车整车 CAE模型，依据法规建立低速碰撞器，进行整车低速碰撞仿真研究。根据能量守恒，简化了低速碰撞模型，并与整车工况对比，各项低速碰撞性能指标误差率都未超过5%，证明了简化模型的准确性。　　（2）依据法规，对微型客车进行行人下肢保护性能分析；依据实验结果和原车结构提出两种保护行人下肢的结构优化方案，采用吸能泡沫和薄壁吸能钢板加曲面下肢支撑钣金结构，方案二的胫骨最大加速度减小了63.6%，膝关节最大弯曲角度减小了62.5%，膝关节最大剪切位移减小了66.7%，行人下肢保护性能提升显著。　　（3）采用灵敏度分析，选出对低速碰撞性能和行人下肢伤害影响最大的5组变量作为最终优化设计变量，利用最优拉丁超立方试验设计方法进行碰撞器侵入量、保险杠横梁变形量、胫骨最大加速度、膝关节最大弯曲角度和膝关节最大剪切位移5个输出响应样本点采集，建立5个响应的近似模型。采用AMGA多目标遗传算法对所建立的近似模型进行了多目标的确定性优化，将优化计算结果与仿真计算结果进行对比，最大误差为3.37%，验证了优化的准确性；最终的仿真结果与结构优化相比，最大胫骨加速度降幅为5.6%，最大膝关节弯曲角度降幅为4.4%，最大膝关节剪切位移降幅为16.75%，实现了多目标优化，同时保证微型客车的低速碰撞性能。　　（4）建立儿童头部 CAE模型，同时进行生物特性动态标定实验验证。利用所建模型进行原微型客车行人头部保护性能分析；对前罩板系统进行模态性能、刚度及强度分析；在此基础上首先提出基于头部保护及轻量化罩板系统多目标确定性优化方案。首先采用最优拉丁超立方试验设计方法分别对设计变量、前罩板系统质量、三个区域的头部损伤值 HIC1-3、前三阶模态 Mode1-3和三种刚度Stiffness1-3响应进行了样本点采集，建立不同响应面，并检验了各近似模型的精度，然后采用NSGA-II算法进行多目标确定性优化，得到Pareto解集和一组最优解，优化后的质量和三个HIC值显著减小。　　（5）采用蒙特卡洛抽样对确定性优化的最优解进行6Sigma可靠性分析，优化结果质量水平不满足要求。最终提出头部保护及轻量化罩板系统多目标稳健性优化方案，结合蒙特卡洛抽样方法和 NSGA-II算法进行多目标稳健性优化，稳健性优化后，各静态性能的可靠度都提高到100%，提高了稳健性。最后将优化结果变量代入原有限元模型验证，微型客车前罩板系统的总质量减轻了1.269kg，减轻15.087%，三个区域的 HIC值分别减小25.434%、31.028%和38.628%。满足轻量化设计要求，行人头部保护性能得到了提高，同时保证了各静态性能都符合要求。
作者：	倪士林
专业：	机械工程
导师：	刘会霞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文