微型客車車頂結(jié)構(gòu)綜合性能分析及6σ穩(wěn)健性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、當(dāng)今世界環(huán)境日益惡化，能源逐漸枯竭，輕量化已成為當(dāng)前汽車工程領(lǐng)域關(guān)注的焦點和亟需解決的重要課題。本文對某微型客車車頂結(jié)構(gòu)的抗壓強度、覆雪強度、低階模態(tài)特性和抗凹性能等綜合性能進行了分析和評價，并評估了加載順序?qū)図斂箟簭姸鹊挠绊?。此外，基?σ穩(wěn)健性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的理論和方法，考慮板件厚度的不確定性對車頂結(jié)構(gòu)各項性能的影響，開展車頂結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計研究。
　　(1)在HyperMesh中建立某微型客車的頂壓有限元模型，并對建模過程進

2、行了闡述。針對標(biāo)準(zhǔn)FMVSS216a并未規(guī)定雙側(cè)頂壓加載順序這一問題，采用先左后右和先右后左兩種不同順序的加載方式對車頂抗壓強度進行有限元分析。研究結(jié)果表明，加載順序影響頂壓作用力峰值的大小，本車型先加載側(cè)車頂結(jié)構(gòu)的變形強化了后加載側(cè)車頂結(jié)構(gòu)的抗壓強度。
　　(2)提出了將先左后右和先右后左兩種加載方式得到的四個頂壓作用力峰值中的最小值作為評價依據(jù)的車頂抗壓強度評價方法:若四個頂壓作用力峰值中的最小值不小于車輛整備重量的3倍，則車

3、頂抗壓強度符合標(biāo)準(zhǔn)FMVSS216a，否則不符合。對于本文研究的車型，兩種不同順序的加載方式得到的四個頂壓作用力峰值中的最小值為車輛整備重量的3.5倍，因此車頂抗壓強度符合標(biāo)準(zhǔn)FMVSS216a。此外，對車頂結(jié)構(gòu)的覆雪強度、低階模態(tài)特性、抗凹性能進行了數(shù)值分析和評價。車頂結(jié)構(gòu)綜合性能分析為后續(xù)車頂結(jié)構(gòu)6σ穩(wěn)健性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計提供了支撐，同時也為車頂結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了參考。
　　(3)選擇合適的近似模型對車頂結(jié)構(gòu)各輸出響應(yīng)進行擬合，并檢

4、驗近似模型的精度。然后基于已構(gòu)建的近似模型，以頂壓作用力峰值最大和設(shè)計變量總質(zhì)量最小為優(yōu)化目標(biāo)，車頂結(jié)構(gòu)的抗壓強度、覆雪強度、抗凹性能、前三階模態(tài)頻率滿足設(shè)計要求為約束條件，車頂結(jié)構(gòu)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件厚度為設(shè)計變量，采用NCGA算法進行確定性多目標(biāo)優(yōu)化，得到確定性多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果。
　　(4)考慮車頂結(jié)構(gòu)板件厚度的波動，基于近似模型，采用蒙特卡洛模擬技術(shù)對確定性多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果進行6σ質(zhì)量分析，發(fā)現(xiàn)車頂結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)頻率F1、車頂覆雪最大下陷

5、位移Y1，車頂抗凹最大凹陷位移Y2均未有達到6σ質(zhì)量水平，需要進行6σ穩(wěn)健性優(yōu)化。基于近似模型，采用NCGA算法和蒙特卡洛模擬技術(shù)對確定性多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果進行6σ穩(wěn)健性優(yōu)化。6σ穩(wěn)健性優(yōu)化結(jié)果表明，車頂結(jié)構(gòu)在抗壓強度、覆雪強度、抗凹性能、前三階模態(tài)頻率滿足設(shè)計要求的前提下，設(shè)計變量總質(zhì)量M減小3.59Kg，減幅達9.6％，同時各輸出響應(yīng)達到6σ質(zhì)量水平，響應(yīng)對設(shè)計變量和不確定性因素波動的敏感性降低，穩(wěn)健性得到提高。基于綜合性能的車頂結(jié)構(gòu)6