基于响应面法的汽车前防撞梁轻量化分析
基于自适应响应面法的车身前部吸能部件优化
２ Ｚ ｅａ ｇＧ ｅ ｕｏ ｏｉ ｅ ａｃ ｎｔｕ ｏ ，Ｌｄ ， ｉｈ ｉ ３７ ０ ． ｈ ｉ ｅｌ Ａ ｔｍ ｔｅＲ ｓ ｒ Ｉｓｔｔ Ｃ ． ｔ． Ｌｎ ａ １０ ０ ｊｎ ｙ ｖ ｅ ｈ ｉ ｅ
［ ｓｒｃ ］ Ｔ ｅａ ａｔ ｅｒｓｏ ｓ ｓｒ ｃ ｅｈ ｄｉ ｉ ｒｄ ｃ ｄｆ ｅｖｈｃ ｒｓ ｎ ｌ ｉ ｉ ｅ ａ Ａｂｔａ ｔ ｈ ｄｐｉ ｅｐｎｅ ｕｆ ｅｍ ｔｏ ｓ ｎ ｏｕ ｅ ｏ ｔ ｅ ｉ ｅｃａｈ ａａ ｓ ｎａｎｗ ｃｒ ｖ ａ ｔ ｒｈ ｌ ｙｓ
件的板厚进行优化 ， 提高 了车身 的正面抗撞性 ， 为汽车产 品开发提供 了有价值 的参考 。
关键 词 ： 车车 身 ； 撞 吸能 ； 化 ； 汽 碰 优 自适应 响应面 法 Ｏｐｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｅ ｇ －ｂ ｏ ｂｎ ｅ ｅｓｉ ｒ ｎ － ｎ ｆＣａ ｔｍｉａｉ ｆＥｎ ｒ ｙ－ ｓ ｒ ｉｇ Ｍ ｍｂ ｒ ｎ Ｆ ｏ ｔｅ ｄ ｏ ｒ ｏ ａ － Ｂｏ ｙ Ｂａ ｅ ｎ Ａｄ ｐ ｉｅ Ｒｅ ｐ ｎ ｅ Ｓ ｒａ ｅ Ｍ ｅｈ ｄ ｄ ｓ ｄ ｏ ａ ｔ ｓ ｏ ｓ ｕ ｆ ｃ ｔｏ ｖ
ｄｉｇ ｔ ｅｅ ｔｏ ｒ ｄ ｔｏ ａ ｅ ｐｏ ｅ ｓ ｒａ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｗｉｈ ｒ ｓ ｅ ｔ ｆ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｄ ｐ ｎ ｅ ｅ ｏ ｎ ｔ ｌｃ ｏ ｅ ｒａ ｎ ｈｅ ｄ ｆ ｃ ｆｔａ ｉｉｎ ｌｒ ｓ ｎｓ ｕ ｃ ｔ ｏ ｔ ｅ ｐ ｃ ｓ ｏ ｏ ｌｔ ｅ ｅ ｄ ｎｃ ｎ ｉ ｉｉ ｈ ｓ ｎ ｔｉｌ ｆ ａ ｐ ｉ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｏ ｌｃ ｔｄ ｆ ｃｉｎ ｆｔ ｎ ．Ａｆｅ ｈ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｔ ｉｋｎ ｓ ｆｅ ｅ ｇ ｂ ｏ ｂ・ ｏ ｎ ｎ ｈ ｏ ｒａ ｃ ｒ ｃ ｆｃ ｍｐ ｉａ ｅ ｕｎ ｔｏ ｔ ｇ ｉ ｉ ｔｒｔ ｅ ｏ ｔｍｉａｉ ｎ ｏ ｈ ｈ ｃ ｅ ｓｏ ｎ ｒ ａ ｓ ｒ ｙ
基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计研究
基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计研究辽宁省大连市116000摘要：随着汽车工业的快速发展，轻量化设计成为提高汽车燃油经济性和减少尾气排放的有效途径，然而在轻量化设计的同时，碰撞安全性能也成为汽车工程师们必须重视的问题。
未来的汽车工程设计中，应当继续深入研究和应用多目标优化设计方法，不断提升汽车碰撞安全性能，同时推动车身结构轻量化，助力汽车工业向更加绿色、高效的方向发展。
关键词：碰撞安全；车身结构；轻量化；多目标优化设计引言随着汽车工业的持续发展，车身结构轻量化设计成为提高汽车燃油经济性和减少环境影响的重要途径。
然而，在追求车身轻量化的同时，碰撞安全性能必须得到充分考虑，这导致了碰撞安全性能和轻量化目标之间的矛盾。
因此，本研究旨在探索基于多目标优化的方法，以平衡碰撞安全性能和车身轻量化目标，通过结构设计、材料选型等手段，实现车身结构轻量化同时兼顾碰撞安全性能的目标。
通过本研究的探讨，期望为汽车工程领域的轻量化设计提供新的思路，并为汽车工业的可持续发展做出贡献。
1案例分析以某汽车型号为例，应用优化后的车身结构进行碰撞模拟。
通过对比优化前后的结果，发现优化后的车身结构在碰撞事故中具有更好的安全性和更轻的质量。
通过基于碰撞安全的车身结构轻量化多目标优化设计，可以实现车身结构的轻量化，同时保证碰撞安全性。
在某汽车型号的案例分析中，优化后的车身结构在碰撞安全性和车身质量方面表现出显著的改进（如图1）。
这些研究结果对于汽车工业的车身设计和轻量化研究具有重要指导意义。
图1整车碰撞模型2车身结构轻量化和碰撞安全性能的重要性2.1保障驾乘人员生命安全车辆在发生碰撞时，其碰撞安全性能直接决定了驾乘人员的生命安全。
优秀的碰撞安全性能可以有效减缓碰撞过程中产生的冲击力，保护车内乘员免受伤害。
通过合理的构造设计、材料选型和优化工艺，车身结构可以在碰撞时吸收和分散能量，减少对乘员的冲击，从而降低人员伤亡风险。
因此，碰撞安全性能的提升直接关系到车辆的pass次数和驾乘人员的生命安全，是车辆设计不可或缺的部分。
改进响应面法在汽车正面碰撞被动安全性优化中的应用
改进响应面法在汽车正面碰撞被动安全性优化中的应用刘春科【摘要】通过对汽车正面碰撞有限元分析,显示存在加速度过大,前门框及前围板变形量过大等缺陷,需要进一步优化.为了提高整车碰撞性能,选取了对碰撞结果影响较大的8个零部件,分别以其厚度为设计变量,以右侧B柱加速度峰值为优化目标,应用拉丁超立方试验方法,选取17个样本点,应用改进相应面方法求出精度较好的二次代理模型,从而求出各部件的最佳厚度值.优化前后结果对比显示,右侧B柱加速度降低了约22.8％,前门框变形减小了约33.7％,前围板入侵量约降低了28.2％,均达到了预期目的,优化后更利于乘员安全.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2018(000)014【总页数】4页(P107-109,132)【关键词】汽车安全;正面碰撞;有限元分析;响应面法;优化设计【作者】刘春科【作者单位】宁波城市职业技术学院,浙江宁波 315100【正文语种】中文【中图分类】U467引言汽车已经作为必不可少的交通工具越来越普遍的进入广大家庭，为人们带来便利的同时，众多的交通事故也已成为严重的社会问题。
汽车发生交通事故时，碰撞事故形式如下：正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞、翻滚等。
根据汽车事故数据统计显示，不同形式的正面碰撞的比率占所有碰撞事故的40%左右，因此在各类汽车碰撞中正面碰撞对生命的危害性是最大的。
汽车正面碰撞安全已经成为汽车生产商、学校、许多科研机构以及政府相关部门所面临的迫在眉睫的焦点问题。
在汽车设计研究过程中，有限元的使用有着极大的辅助作用。
在车辆被动安全性研究中，使用有限元对于提前认识碰撞过程中发生的变形，分析碰撞过程中的受力、速度、加速度以及发现汽车安全性缺陷有着重要帮助。
在有限元仿真分析过程中，可以方便地发现实验中难以发现的问题，减少实车碰撞试验工作量，有效地提高研发效率，缩短研发周期，降低开发成本，为以后的汽车设计研究提供一些基本规律和指导方向。
211136491_基于响应面法的高空作业车伸缩臂轻量化分析
基于响应面法的高空作业车伸缩臂轻量化分析曹国智1 熊新红1 朱春东1，2 周联谱11武汉理工大学 武汉 430070 2随州武汉理工大学工业研究院 随州 441300摘 要：文中针对目前高空作业车伸缩臂壁厚设计不合理而导致伸缩臂整体质量偏大、作业时笨重缓慢的现状，对某型高空作业车伸缩臂进行轻量化分析。
对高空作业车上装结构进行模型进化得到伸缩臂的三维模型，分析确定了伸缩臂的最危险工况为30°，计算得到了轻量化设计需满足的强度及刚度条件。
在此工况下，以伸缩臂各节臂壁厚参数为设计变量，以伸缩臂总质量为优化目标，利用Workbench 对不同壁厚参数下伸缩臂模型有限元分析得到的应力及变形数据进行非线性拟合，再利用响应面优化得到最佳的壁厚参数组合。
在满足设计要求的前提下，优化后的伸缩臂总质量较优化前降低了227 kg，减重比例达到了36.3%。
关键词：高空作业车；伸缩臂；有限元分析；响应面优化；轻量化中图分类号：TH211.6 文献标识码：A 文章编号：1001-0785（2023）07-0039-06Abstract: Considering the unreasonable wall thickness design of the telescopic boom of hydraulic aerial cage at present, the overall weight of the telescopic boom is heavy and the operation is heavy and slow, the lightweight analysis of the telescopic boom of a certain hydraulic aerial cage is carried out. The model evolution of the truck-mounted structure of aerial work is carried out, and a three-dimensional model of the telescopic boom is obtained. After analysis, it is determined that the most dangerous working condition of the telescopic boom is 30, and the strength and stiffness conditions that the lightweight design needs to meet are obtained. Under this working condition, the wall thickness parameters of the telescopic boom are taken as design variables, and the total mass of the telescopic boom is taken as optimization objective. Using Workbench, the stress and deformation data obtained by finite element analysis of the telescopic boom model are nonlinear fitted with different wall thickness parameters, and then the optimal combination of wall thickness parameters is obtained by response surface optimization. Under the condition of meeting the design requirements, the total mass of the optimized telescopic boom is reduced by 227 kg and the weight is reduced to 36.3%.Keywords: hydraulic aerial cage; telescopic arm; finite element analysis; response surface optimization; light weight0 引言随着我国城市化进程的不断推进，高空作业车被广泛用于城市基建、公共设施维护以及消防救援等各类高空场景。
轿车防撞梁轻量化结构强度设计
复合材料汽车前纵梁的轻量化设计分析
复合材料汽车前纵梁的轻量化设计分析
近年来，随着新能源汽车技术的发展，汽车制造商积极探索新材料和新技术，以实现更轻更薄的汽车设计。
其中最重要的一个组成部分是前纵梁，它是汽车前部结构的主要支撑部件，负责支撑整个车身，其重量直接影响车辆总重量，因此，寻求轻量化的前纵梁是节能减排的重要举措。
复合材料汽车前纵梁的轻量化设计分析可以从两个方面来实现：结构分析和材料选择。
首先，从结构分析的角度来看，在当前常见的设计中，使用较厚的钢板来强化结构，但在轻量化设计中，可以考虑钢结构的薄化和句柄节点的高精度设计来减轻重量。
其次，从材料选择的角度来看，可以采用复合材料来代替传统的金属材料，因为复合材料具有较高的强度和较低的重量。
此外，针对不同的应用，复合材料的选择也有所不同，在复合材料制造中，碳纤维以其良好的机械性能和较低的密度而被广泛应用，有助于减少质量，但由于碳纤维易于损坏，因此重视设计及成型精度，避免损伤碳纤维结构。
除此之外，还可以考虑其他易加工，耐腐蚀，性能优异的复合材料，例如碳纤维增强聚合物或聚合物增强碳纤维，以实现更先进的轻量化设计。
在轻量化设计的过程中，另一个重要的因素是复合材料的加工工艺。
复合材料的加工更加复杂，相比于金属材料，复合材料不仅需要考虑粘合剂的选择和施工，还需要更多的过程控制，例如温度，压力，时间等参数的控制，以达到轻量化的要求。
总之，复合材料汽车前纵梁的轻量化设计是一个复杂的过程，它综合考量了结构分析、材料选择和加工工艺等方面，考虑到了材料性能、加工成本和安全等多个因素，以实现轻量化设计。
为此，汽车制造商应采取多方策略，做好设计与制造的平衡，借助复合材料的轻量化优势，实现节能减排的可持续发展。
基于碰撞安全性的轿车车身结构轻量化设计
基于碰撞安全性的轿车车身结构轻量化设计摘要汽车的发展永远离不开社会发展的需求，节能环保已成为当今的鲜明主题。
汽车轻量化技术在基本性能不变的情况下，可以提高车的动力性，减少能耗，降低排气污染，最后实现节能环保，因此汽车轻量化技术成为了汽车研究领域内的一项重要课题，有着十分迫切的需求和广阔的发展前景。
而车身结构轻量化作为整车轻量化的有效途径之一,近年被广泛研究应用。
本文即是基于碰撞安全性，对轿车车身结构进行轻量化设计。
在确保模态基本不变的条件下，追求车身质量最轻，选择车身上的零件，进行厚度的减小，再综合考虑板材的加工工艺和成本对零件进行第一阶段的优化。
接下来，根据安全性再对第一阶段的优化结果进行调整，使轻量化的车身达到安全性的要求。
以此实现了基于安全性的车身结构轻量化设计。
关键词 : 轻量化设计车身安全性Lightweight Design of Car Body Structure Basedon Collision SafetyAbstractThe development of the car can never be separated from the needs of social development, energy conservation and environmental protection has become a bright theme today. Car lightweight technology in the basic performance of the same circumstances, can improve the vehicle's power, reduce energy consumption, reduce exhaust pollution, and finally achieve energy saving and environmental protection, so the car lightweight technology has become an important issue in the field of automotive research , Has a very urgent demand and broad prospects for development. The lightweight structure of the vehicle body as one of the effective way of lightweight vehicle, in recent years has been widely studied and applied. This paper uses a car to study, based on the collision safety, the car body structure lightweight design. To ensure that the basic state of the same conditions, the pursuit of the lightest body quality, select the parts on the body, the thickness of the reduction, and then consider the plate processing technology and cost of the first phase of the optimization of parts. Next, according to the safety of the first phase of the optimization results to adjust, so that the lightweight body to achieve the safety requirements. In order to achieve a security based on the lightweight structure of the body design.Key words:Lightweight design of body safety北华航天工业学院本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）基于碰撞安全性的轿车车身结构轻量化设计是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。
薄壁碰撞吸能部件的可适应响应面法轻量优化分析
７ ） 书 ， ７ （
：． ＋．
（） ２
最后得出非线性约束优化模型
（ ＝Ｔ ｘ 一ｍｎ ｉ
ＺｇＸｒ ， ｉＸ ｒ ６ ｉ
（） ３
ｓ・
的课题。响应面法是一套系统统计方法 ， 用这种方法可 以寻找考
பைடு நூலகம்∑
＜ ｘ ＜
－ －
虑 了输入变量值的变异或不确定性之后 的响应最佳值 。 这种方法 通过在设计空间选择少量试验样本得到响应特性 ， 建立设计 目标
ｓ ｂ ｄ，ｎ ｈ ａ ｉ ｒ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｍｅ ｔ ｍｅ， ｅ ｌ ｈ ｎ ｎ ｅ ｉｎ ｉ ｗ ｒ ｏ ｓｄ ｒ ｇ Ｔ ｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ａ ａｙ ｅ ｔ ｉｉ ｔ ｉ ｔ ｉｇ ｄ ｓｇ ｓ ｏ ｔ ｃ ｎ ｉ ｅ ｉ ． ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｎ ｚ ｄ ｗｉ Ｆ ｎ ｔ ｈ ｇ ｈ ｎ ｌ ｈ ｅ
万长 东
（ 苏州市职 业大学 机 电 系 ， 苏州 ２５０ ） １１４
Ｅｎ ｒ ｙ ａ ｓ ｐ ｉｎ ａ ａｙ ｉ ｏ ｉ－ ｌ ｄ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ｗｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｓ ｒ ｃ ｔ ｏ ｅ ｇ ｂ ｏｒ ｔ ｎ ｌｓｓｆ ｒ ｈ ｎ ｗａ ｌ ｔｕ ｔ ｒ ｔ ｒ ｓ ｏ ｓ ｕ ｆ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ ｔ ｅ ｈ ａ
轻 量化 的 目的 。
关键词 ： 薄壁部件 ； 响应面法 ； 优化
【 ｂｔ ｃ】 ｆ ｒ ｒ ｈｎ ， ｉ ｗ ｌ ｄｓ ｕｔ ｅ ｉ ｂ ｌ ｔ ｉｏ ｉ ，ｈｎｍ ｓｏ ｅ ｙｉａ— Ａ ｓ ａｔ Ａｔ ａ ｉ ｔ ｎ ａｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ａ ｉ ｄ ｔ ｔ ｎ ｔ ｏｔｆｅ ｒ ｂ ｒ ｅ ｃ ｓ ｇ ｈ － ｌ ｔ ｃ ｒ ｗ ｌ ｐｓ ｃ ｓ ｒｏ ｅ ｎｇ ｓ
复合材料汽车前纵梁的轻量化设计分析
复合材料汽车前纵梁的轻量化设计分析近年来，随着汽车行业不断发展，汽车重量的结构设计也愈发重要。
其中，轻量化设计是节省能源、增强车辆性能的重要路径。
传统的前纵梁具有重量较重的特点，通过采用高性能复合材料结构来替代传统材料，可以有效减轻汽车前纵梁的重量。
本文将从汽车前纵梁的设计要求、传统材料使用、复合材料使用、汽车前纵梁的结构设计几个方面，对轻量化设计的研究进行综合分析，以期为车厂轻量化设计提供参考。
首先，汽车前纵梁的设计要求是确定轻量化设计的基础。
汽车车身的重量是汽车的主要重量之一，而前纵梁安装了驾驶室、发动机和行驶系统所需的各种加固器件，是汽车整体重量和惯性矩的重要部分。
因此，采用轻量材料来替代传统重量材料，可以很好地减少车体重量，从而达到节能减排的目的。
其次，传统的汽车前纵梁材料主要包括钢材、铝材、木材和塑料等，其重量相比于复合材料要重得多。
而复合材料具有较高的强度和轻量特性，可以有效减少汽车前纵梁重量，而且具有坚韧性、抗拉强度和热韧性等优点，可以满足车辆使用的特定环境要求。
此外，利用复合材料还可以提高汽车前纵梁的结构强度，确保汽车安全行驶。
另外，汽车前纵梁的轻量化设计还需要考虑材料的结构和成型工艺。
因此，对于较大的汽车前纵梁，可以采用拉伸成型、压块成型、铸件成型或复合拼接等工艺来制作；对于小尺寸的前纵梁，可以采用注射成型、喷涂成型、平面刻削成型等工艺来实现复合材料的轻量化设计。
最后，为了控制汽车前纵梁的重量，除了采用复合材料外，还可以通过设计前纵梁的外形、板厚度及构件尺寸等，进一步减轻重量。
特别是，采用多学科优化设计的方法也可以使汽车前纵梁的重量得到有效控制，充分发挥材料的潜力，为车辆性能的提升和能源的节约做出贡献。
总结来看，采用复合材料轻量化设计汽车前纵梁，可以采取多项措施，从而有效减轻重量，提高车辆性能，节省能源。
但由于复合材料表面复杂、工艺简易性低、制造成本高等特点，目前仍有一定的局限性。
轿车防撞梁轻结构的优化
轿车防撞梁轻结构的优化摘要：汽车轻量化和耐撞性的研究对汽车产业的可持续性发展有着重大意义。
以某轿车前保险杠的防撞梁为研究对象，对保险杠防撞梁在低速碰撞和高速碰撞两种工况下的轻量化结构强度进行了研究，根据正面碰撞的要求及汽车保险杠的结构尺寸，建立了有限元模型并分析了结果，可为汽车防撞梁的优化设计提供参考。
关键词：防撞梁；安全性能；薄壁安全件；高速碰撞保险杠防撞梁是汽车车身上典型的薄壁安全件，是影响汽车碰撞安全性的关键零部件，在汽车零部件轻量化中得到了广泛关注。
目前，保险杠安全性研究主要集中在质量更轻、低速碰撞时对前后端高成本易损部件保护效果更好，高速碰撞时能够尽可能多吸收碰撞能量，并将碰撞力快速均匀地传递给车身吸能部件，从而可以很好保证车身和乘客的安全。
基于此，本文对轿车防撞梁轻结构优化设计进行了研究。
1保险杠有限元模型建立分别由CATIA和Hypermesh建立的保险杠碰撞系统的CAD模型和CAE模型。
在保险杠前端有一刚性墙，在低速工况与高速工况时，保险杠系统分别以一定的速度撞击刚性墙，试分析保险杠与刚性墙碰撞后的变形过程及最大侵入量。
本文采用分级式优化方法，先对原结构防撞梁进行普通钢、高强度钢、铝合金三种材料的替换研究，基于此优化基础再对原钢制防撞梁进行结构优化和材料优化，最后得出最优的防撞梁参数组合。
2原结构防撞梁轻量化研究该方案是在不改变原车型防撞梁结构的前提下，采用普通钢、冷冲压高强度钢和铝合金进行材料替换，观察该工况下三种材料防撞梁的轻量化程度及安全性能。
其中，DC01号钢屈服强度设为170MPa，B280VK高强钢屈服强度为280MPa，6082铝合金屈服强度为170MPa。
2.1轻量化程度对比结构相同、材料不同的原模型防撞梁总成质量对比中，相同结构的防撞梁总成采用高强度钢进行替换，减重仅为4%，而采用铝合金替换时，减重可达60%以上。
汽车发生低速碰撞时，一般希望防撞梁具有足够的强度，碰撞发生后，防撞梁总成的塑性应变尽可能小，从而最大限度地减小车身损害，降低维修费用；高速碰撞时，防撞梁及后纵梁的变形在许可的安全距离内尽可能大，保证最大限度地吸收碰撞能量，并将碰撞力快速均匀地传递给车身吸能部件，保证驾乘人员的生命安全。
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２超高强度钢横梁的仿真结果分析
应用ＢＴＲｌ６５材料的防撞梁横梁全局能量变化 曲线见图２，可知，沙漏能仅占总能量ｏ．２％，整体内 能和动能合理且对称，符合基本理论，仿真结果可
盒）的厚度作为变量，利用优化拉丁方法设计试验， 然后用Ｌｓ—ＤＹＮＡ进行１２个样本的仿真试验，得出 样本数据．利用仿真数据构建响应面模型，从而替代
第２３卷第３期 ２０１４年６月
计算机辅助工程
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．２３ Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．２０１４
文章编号：１００６一０８７１（２叫４）０３—００１６一０５
ＤｏＩ：１０．１３３４０“．ｃａｅ．２０１４．０３．００４
基于响应面法的汽车前防撞梁轻量化分析
陈则尧１一， 吴宪１一，
２Ｆ一６ Ｔａｂ．２
Ｇｌｏｂａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｃｈａｎｇｅ ｃｕｎ，ｅｓ
表２
两种设计的防真结果比较
ｓｉｎｌｕｌａｔｉｏｌｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｗｏ ｄｅｓｉｇｌｌｓ
１．８ ｍｍ
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ
参数
ＢＴＲｌ６５
增减 百分比／％
６ ２２．１ —７．４ —４８ １２４．８
最大加速度／（ｍｒｒ／ｓ２） 最大侵八量／ｍｍ 吸收的能量／Ｊ 质量／蝇 吸能比
段，替换成超高强度钢之后，加速度小于原设计；但 在碰撞后阶段出现较大峰值．同时，由表２可知，最 大加速度大于原设计，故也需进一步优化．
一Ｎ∞，ｕＨｇＪ／≈ ２．３３６ ２．４１８ ２．５００
瓤∞弘如巧∞¨加；０弓
图３两种情况的车辆加速度
ｎ３・３
Ａｕ的ｍｏｂｌｋ””ｋ怵１０ｎ８ ｍ叭０ｃａ８“
实际工程问题多用多项式响应面模型，而且以 ２阶多项式响应面‘，，１应用最广泛，曲面模拟精确度
０
引
言
用．汽车前后防撞梁可以吸收低速撞击的能量，缓 和外界对车身的冲击，对车体结构起主要防护作用． 对于经常发生的低速碰撞事故，防撞梁系统能吸收
在低速碰撞过程中，防撞梁发挥举足轻重的作
收稿日期：２叫３一０９—１８修回日期：２０１３—１０一２４ 基金项目：上海市信息委员会专项资金（２０１２叫叫５） 作者简介：陈则尧（１９９１ 吴宪（１９７１ ），男，江西九江人，硕士研究生，研究方向为汽车车身结构分析及轻量化，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｚｅｙａｏｃｈｅｎ＠１６３．ｃｏｍ； ），男，辽宁阜新人，副教授，博士，研究方向为汽车总体设计及现代设计方法应用，（Ｅ—ｍａｉｌ）ｗｕｘｉａｎ＠ｔｏｎ西ｉ－ａｕｔｏ．ｃｎ
别为：横梁与吸能盒质量之和ｍ，单位ｋ；吸能之和 Ｅ，单位Ｊ；碰撞中整车最大加速度以，单位ｍⅡ∥ｓ２；横 梁最大侵入量Ｄ，单位ｍｍ；吸能盒与横梁吸能比 Ｒ。．仿真计算得到的样本数据结果见表３．
研究某车前防撞梁低速碰撞，在前防撞梁部件
０ ∥ｓ
图２
Ｆｉｇ．２
全局能量变化曲线
一 一一一一 ＿ 一～
３．８ ｍｍ ＤＰ７８０
后方加装原车型空载最大质量的质量体，进行简化 处理，纵梁后部均作刚体．在ＲｃＡＲ低速碰撞法规 中，碰撞速度为１５ ｋｎ∥ｈ．此处以相同速度撞击直径 为１７５ ｍｍ的柱状刚性壁障．用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ建立有 限元模型，见图１．仿真时间为２００ ｍｓ，仿真步长为
ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ，
ａ
ｍｕｌｔｉ—
ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ
ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｂｕｉｌｔ．
Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｃＩ．ａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ， ｔｈｅ
ｆｒｏｎｔ ｂｕｍｐｅｒ ｂｅａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｉｓ
４１．５８ ３５４ ８ ３４２ ４．２８ Ｏ．８４３
３９．２０ ２９０ ９ ０１２ ８．２４ Ｏ．３７５
由表２可知，ＢＴＲｌ６５防撞梁横梁吸能减少，原 因是横梁厚度不合适，需要进行优化．计算吸能盒的
图１
Ｆｉｇ．１
柱碰仿真模型
吸能，发现在替换材料之后，两个吸能盒吸能３
Ｊ，比原材料时的２
４５７
８１６
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｎｌｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｌｕｎｌｎ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ
３
防撞梁试验设计和响应面模型
比较高对样本点要求较少，适合变量少的问题．其
具体函数表达式为
ｔ ｔ ｔ
３．１试验设计和样本仿真
Ｈ
为减少试验次数，同时得到有效而均匀的试验 样本，采用优化的拉丁方进行试验设计．口。ｆ。为防撞 横梁的厚度，取值范围为［１．６，２．５］；ｆ：为吸能盒的 厚度，取值范围为［１．８，３．０］．在取值范围内进行优 化的拉丁方试验设计，得到１２个样本点，分别进行 １２组仿真．有限元仿真每次需要得到５个响应，分
ｏ
ＤＰ７８０，先假定轻量化５０％的效果，厚度设定为１．８ ｍ・ｕ，考察其效果．其他比较重要的部件有防撞梁外
板和吸能盒，其材料为Ｄｃ０１．这３种材料的曲线均 由试验所得，考虑不同应变率对材料应力一应变曲线
随着汽车保有量的增加，节能、环保和安全已经
成为汽车的３大问题．据有关文献。２ Ｊ，汽车减重 １０％，则油耗平均下降６％～８％，排放平均下降 ４％．结构、材料和工艺是汽车轻量化的３个重要方
ｅｎｓｕｒｉｎｇ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｃｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ． Ａ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｉｓ
ｂｕｉｌｔ ｆｏｒ ｔｈｅ｛ｊ’ｏｎｔ ｂｕｍｐｅｒ ｂｅａｍ ａｎｄ ｔｈｅ
ａｒｅ
ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ ｉｂｙ ＬＳ—ＤＹＮＡ．Ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ ｏｆ ｃＩ．ｏｓｓｂｅａｍ ａｎｄ ｃＩ．ａｓｈ ｂｏｘ ｔａｋｅｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｏｆ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｆｒｏｎｔ ｂｕｍｐｅｒ ｃｒｏｓｓｂｅａｍ ｉｓ
ｒｅｐｌａｃｅｄ ｂｙ
ｕｌｔｍ—ｈ唔ｈ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｅｅｌ， ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｐｅＩ｛ｂ１１ｕｅｄ ｂｙ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕＩ｛ｈｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ
来的防撞梁横梁材料替换成超高强度钢，然后进行
材料
（ｋ∥ｍ３）
ＤＰ７８０ ＢＴＲｌ６５ ＤＣ０１ ７．８５ ７．８３ ７．８０
模量／ＧＰａ
２０５ ２００ ２００
松
比
Ｏ．３ Ｏ．３ Ｏ．３
屈服
强度／ＭＰａ
４９２ １ １８５ １８０
抗拉
强度／ＭＰａ
７８０ １ ６００ ３０１
尺寸优化，充分实现材料轻量化的效果．建立有限元 模型，利用碰撞模拟显式非线性动力分析有限元软 件Ｌｓ—ＤＹＮＡ求解器对低速碰撞进行仿真．在此基础 上确定低速碰撞的性能，研究整个前防撞梁系统的
万方数据
第３期
陈则尧，等：基于响应面法的汽车前防撞梁轻量化分析
１７
冲击能量，尽可能减小撞击力对车身纵梁的损害，有
ＤＰ７８０，厚度为３．８ ｍ・ｕ．用热冲压硼钢ＢＴＲｌ６５替换
效降低轿车的修理费用．好的防撞梁系统设计要求 在低速碰撞时的碰撞能量基本上由防撞梁（横梁和 吸能盒）变形吸收，其他车身结构件保持完好．＿ｌ
型的有效性．以质量和吸能作为优化目标，建立多目标优化模型．与原设计相比，求出的优化方案在
保证低速碰撞性能的基础上实现前防撞梁减重３６％． 关键词：汽车；低速碰撞；前防撞梁；吸能盒；轻量化设计；响应面模型；多目标优化
中图分类号：Ｕ４６３．３２；ＴＢｌｌ５．１ 文献标志码：Ｂ
Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｒｏｎｔ ｂｕｍｐｅｒ ｂｅａｍ ｂａｓｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆ．ａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ
ＣＨＥＮ
（１． Ｓｃｈｏｏｌ ２．Ｔｏｎ自ｉ
ｏｎ
Ｚｅｖａ０１…，ＷＵ Ｘｉａｎｌ…，ＤＩＮＧ Ｊｕｖｕｅ２
Ｓｔｕｄｉｅｓ，Ｔｏｎ鲥ｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２０１ ８０４，Ｃｈｉｎａ；
ｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ
Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ Ｄｅｓｉｇｎ
ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１８０４，Ｃｈｉｎａ）
丁巨岳２
（１．同济大学汽车学院，上海２０１８０４；２．同济汽车设计研究院，上海２０１８０４）
摘要：将原来的汽车前防撞横梁材料替换成超高强度钢后，在确保低速碰撞性能基础上，利用响应 面法进行轻量化分析．建立前防撞梁有限元模型，用ＬＳ—ＤＹＮＡ进行低速碰撞仿真．在此基础上以横 梁和吸能盒的厚度作为变量进行试验设计．构建各项碰撞性能的２阶多项式响应面模型，并验证模
的影响．前防撞梁所用材料参数见表１．
表１
Ｔａｂ．１
前防撞梁所用材料参数
Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｎｌｅｔｅｒｓ ｏｆ ｆｂｌｌｔ ｂｕｌｎｐｅｒ ｂｅａｎｌ 密度／ 弹性
泊
向，文献［３］进行系统阐述和研究．汽车轻量化的基 本含义就是在保证性能基础上的减重．各国汽车工 业界一致认为，汽车轻量化是满足排放、安全和油耗 等３个法规的有效手段．＿２ｏ基于轻量化的理念，将原
ａｓ
ｔｈｅ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．
Ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｏｒｄｅｒ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕＩ｛ｈｃｅ ｍｏｄｅｌｓ
ａｓ
ａｒｅ
ｂｕｉｌｔ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｅｆｋｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｉｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ．
Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｓｓ ａｎｄ ａｂｓｏｒｂｅｄ ｅｎｅＩｇｙ
表３试验设计的样本仿真数据
Ｔａｂ．３
ｆ１／ ｍｍ １．６００ １．６８２ １．７６４ １．８４５ １．９２７ ２．００９ ２．０９１ ２．１７３ ２．２５５