專利名稱：一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的穩(wěn)健性汽車車身材料匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及汽車車身輕量化及安全領(lǐng)域，特指一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的穩(wěn)健性汽車車身材料匹配方法。
背景技術(shù)：
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車工業(yè)對輕量化、安全等方面要求越來越高。同時(shí)，汽車輕量化作為節(jié)能減排的重要途徑也得到了世界各國的高度重視。在汽車輕量化過程中，汽車車身占整車總重的30%-60%左右，汽車運(yùn)行過程中約70%的燃料是消耗在車身質(zhì)量上，因此車身減重是汽車輕量化的最重要的途徑之一。對于車身減重，工程上往往采用輕量化結(jié)構(gòu)和輕量化材料等多種途徑來降低車身質(zhì)量，使得對于輕量化材料的研究日益深入，越來越多的材料使用到了汽車車身輕量化設(shè)計(jì)過程中。因此，在保證汽車車身耐撞性能不下降的條件下，如何通過合理搭配材料使得汽車車身質(zhì)量下降具有重要意義。汽車車身材料匹配過程是一個(gè)非線性、多變量和多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，需要在滿足特定約束條件下，尋求汽車車身的耐撞性和輕量化指標(biāo)最優(yōu)。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，采用部件材料不斷替換的方法來獲得合適的材料，這一過程需要通過不斷的修改和試錯(cuò)才能獲得合適的材料匹配，且不適用于材料個(gè)數(shù)較多的情況。同時(shí)，依次對單一部件進(jìn)行材料替換，忽略了各部件之間的相互影響。雖然隨著離散優(yōu)化的不斷發(fā)展，采用NGSA-1I等遺傳算法通過將離散變量連續(xù)化之后獲得相應(yīng)問題的Pareto解，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求選取最優(yōu)解。但是這類方法調(diào)用正問題次數(shù)過多，對于大規(guī)模計(jì)算問題計(jì)算量過大，計(jì)算時(shí)間久，失去了工程意義。而采用代理模型方法來代替正問題，代理模型的擬合精度直接影響優(yōu)化結(jié)果，且代理模型不能真實(shí)的反應(yīng)各材料本身的特性。在汽車車身材料匹配過程中，找到一種快速有效的方法達(dá)到汽車車身材料最優(yōu)設(shè)計(jì)，對于工程師來說非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)材料替換方法準(zhǔn)確性差，忽略了部件之間的交互影響以及遺傳算法調(diào)用正問題次數(shù)過多，代理模型方法精度低等問題。該方法能夠有效的應(yīng)用于各碰撞條件下材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)等。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方法:一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的穩(wěn)健性汽車車身材料匹配方法，包括如下步驟:步驟1:確定汽車車身材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)碰撞條件，該碰撞條件包括正面碰撞、側(cè)面碰撞和偏置碰撞等；步驟2:通過前處理軟件HyperMesh建立相應(yīng)的有限元模型,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該模型的有效性；步驟3:針對相應(yīng)法律法規(guī)及工程經(jīng)驗(yàn)，確定該碰撞條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)、約束，并確定汽車車身材料匹配設(shè)計(jì)變量及各設(shè)計(jì)變量空間；步驟4:采用三水平正交表進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定初始設(shè)計(jì)水平，確定方法為:Level2為初始設(shè)計(jì)，Levell與Level3分別為Level2相鄰的備選值。針對設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)確定相應(yīng)的三水平正交表；步驟5:采用仿真軟件Ls-dyna對正交表各樣本點(diǎn)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到各響應(yīng)的仿真值。根據(jù)仿真值計(jì)算各目標(biāo)的信噪比，其具體計(jì)算方法為:望小特性:
權(quán)利要求
1.一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:確定汽車車身材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)碰撞條件； 步驟2:建立相應(yīng)的有限元模型，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該模型的有效性； 步驟3:針對相應(yīng)碰撞法規(guī)及工程經(jīng)驗(yàn)，確定該碰撞條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束，并確定汽車車身材料匹配設(shè)計(jì)變量及各設(shè)計(jì)變量的取值空間； 步驟4:采用三水平正交表進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，針對設(shè)計(jì)變量個(gè)數(shù)確定初始設(shè)計(jì)水平和相應(yīng)三水平正交表； 步驟5:對正交表各樣本點(diǎn)進(jìn)行仿真計(jì)算，得到各響應(yīng)的仿真值，并計(jì)算各目標(biāo)的信噪t匕，采用罰函數(shù)法將各約束值附加到各目標(biāo)信噪比，得到各目標(biāo)的修正響應(yīng)值，并通過計(jì)算得到各樣本點(diǎn)的綜合評分值，通過該步聚，將多目標(biāo)約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為了單目標(biāo)非約束優(yōu)化問題； 步驟6:獲得該迭代步的最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果； 步驟7:判定設(shè)計(jì)目標(biāo)是否滿足迭代判定條件，若滿足迭代判定條件則得到最終設(shè)計(jì)結(jié)果，若不滿足條件則對各變量設(shè)計(jì)空間進(jìn)行移動(dòng)，并回到步驟4。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟I所包含的汽車車身材料匹配優(yōu)化設(shè)計(jì)碰撞條件包括正面碰撞、偏置碰撞、側(cè)面碰撞。
3.如權(quán)利要求1所 述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟2中利用前處理軟件Hypermesh來建立所述的有限元模型。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的穩(wěn)健性汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟4中三水平正交表中各個(gè)設(shè)計(jì)變量的三個(gè)水平值作如下規(guī)定，即:Level2為初始設(shè)計(jì)，Levell與Level3分別為Level2相鄰的備選值。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟5采用商業(yè)軟件LS-DYNA進(jìn)行仿真計(jì)算并得到各個(gè)響應(yīng)的仿真值。
6.如權(quán)利要求5所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟5中各目標(biāo)的信噪比具體計(jì)算方法為: 望小特性:SM = -1Olog(^ii) η Y Mv- 望大特性:SZN =-1Olog(Z^i) η ~~~2 望目特性 s 式中:n為試驗(yàn)次數(shù)，Yi為第i次試驗(yàn)的響應(yīng)值,j為第η次試驗(yàn)的平均值，S2為方差。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟5通過采用罰函數(shù)法將各約束值附加至各目標(biāo)信噪比，得到各目標(biāo)的修正響應(yīng)值，具體計(jì)算方法為:
8.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟5采用加權(quán)評分值方法獲取各樣本點(diǎn)的綜合評分值，由于各信噪比要求均為最大，因此加權(quán)評分值計(jì)算方法為
9.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟6中該迭代步下最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果的選取采用ANOM方法，其計(jì)算方法為計(jì)算各因素的1、2、3水平對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和的平均值。
10.如權(quán)利要求1所述的一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的汽車車身材料匹配方法，其特征在于:所述步驟7的迭代判定條件為:(I)連續(xù)5個(gè)最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果沒有提高；(2)迭代次數(shù)達(dá)到最大，默認(rèn)最大迭代數(shù)為2nmax,其中nmax為最大備選水平總數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于多目標(biāo)連續(xù)正交方法的穩(wěn)健性汽車車身材料匹配方法，該方法主要通過實(shí)際的碰撞狀態(tài)與條件建立碰撞有限元模型；然后確定優(yōu)化目標(biāo)、約束條件和待優(yōu)化設(shè)計(jì)變量并構(gòu)建三水平正交表；之后通過數(shù)值仿真計(jì)算獲得各目標(biāo)響應(yīng)值、計(jì)算各目標(biāo)信噪比并獲得修正響應(yīng)值；最后通過確定的綜合評價(jià)值來對最優(yōu)解進(jìn)行合理選取并判定設(shè)計(jì)目標(biāo)是否滿足迭代判定條件，若不滿足，則以當(dāng)前的最優(yōu)解作為下一迭代步的初始解進(jìn)行迭代求解，直至滿足迭代判定條件。本發(fā)明能夠進(jìn)一步合理的指導(dǎo)汽車車身設(shè)計(jì)，提高汽車安全性能及輕量化設(shè)計(jì)水平。
文檔編號G06F17/50GK103218500SQ201310175079
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者孫光永, 李光耀, 田軒屹, 譚堅(jiān) 申請人:湖南大學(xué)