一种基于NSGA-Ⅱ的一体式铝合金精密铸造防撞梁结构优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于NSGA

【技术实现步骤摘要】
一种基于NSGA
‑Ⅱ
的一体式铝合金精密铸造防撞梁结构优化方法


[0001]本专利技术涉及汽车碰撞安全
，具体是一种基于NSGA
‑Ⅱ
的一体式 铝合金精密铸造防撞梁结构优化方法。

技术介绍

[0002]防撞梁作为汽车被动安全装置里的一个至关重要的部件，在汽车发生碰 撞时，保护车身、驾驶员和乘客的安全，防撞梁的轻量化与耐撞性优化越来 越受到关注。目前大多数传统防撞梁的设计无法兼顾轻量化和良好的碰撞性 能，一种能在保证优秀的碰撞性能的前提下，还有明显的轻量化效果的算法 是有迫切需求的。NSGA
‑Ⅱ
遗传算法可有效解决非线性优化问题，突破了加 权求和法、线性规划法、约束法等传统多目标优化方法在缺乏经验的情况下 效果不佳、甚至失效的瓶颈，是十分适合本方案的优化算法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于NSGA
‑Ⅱ
的一体式铝合金精密铸造防撞 梁结构优化方法，在通过NSGA
‑Ⅱ
优化算法优化后，以满足RCAR低速碰撞 法规、拖车钩法规和2021C
‑
NCAP的行人保护法规等，具有明显的轻量化效 果。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供一种基于NSGA
‑Ⅱ
的一体式铝合金精密铸 造防撞梁结构优化方法，其包括如下步骤：
[0005]步骤1：在三维软件中建立防撞梁的几何模型；
[0006]步骤2：在有限元软件中建立正面碰撞有限元模型，通过LS
‑
DYNA软件 进行求解；
[0007]步骤3：通过最优拉丁超立方设计方法采取样本点构建峰值碰撞力、最大 纵向位移、比吸能及质量高精度响应面近似模型；
[0008]步骤4：以最大纵向位移、峰值碰撞力为约束条件，以防撞梁的厚度为设 计变量，采用NSGA
‑Ⅱ
算法对比吸能和质量进行确定性优化；
[0009]步骤5：根据步骤4的确定性优化解，考虑不确定性因素影响，对其约束 条件进行基于可靠性的6σ质量分析；
[0010]步骤6：对步骤5质量分析结果中不满足可靠性要求的约束条件进行6σ 质量优化。
[0011]进一步的，所述步骤3中的响应面模型如下：
[0012]最大纵向位移L
max
的响应面模型为：
[0013]L
max
＝77.167 4
‑
2.578 0T1‑
2.947 7T2‑
3.796 1T3‑
0.753 2T4+ 0.285 1T
12
+0.340 1T
22
+0.433 5T
32
+0.071 1T
42
‑
0.023 4T1T2‑ꢀ
0.343 8T1T3‑
0.122 1T1T4‑
0.158 0T2T3+0.055 3T2T4+0.076 8T3T4[0014]峰值碰撞力F
peak
的响应面模型为：
[0015]F
peak
＝50.771 4
‑
1.211 7T1‑
6.649 1T2‑
0.470 8T3+1.393 5T4‑ꢀ
0.629 0T
12
+0.068 8T
22
‑
0.627 2T
32
‑
0.208 5T
42
+0.847 1T1T2+ 0.793 0T1T3+0.137 6T1T4+0.763 6T2T3‑
0.189 1T2T4+0.123 0T3T4[0016]比吸能SEA的响应面模型为：
[0017]SEA＝272.836 7
‑
14.064 5T1‑
15.315 9T2‑
11.928 8T3‑
0.763 9T4‑ꢀ
1.345 0T
12
+0.016 9T
22
‑
0.507 6T
32
‑
0.383 1T
42
+1.389 0T1T2+ 1.095 2T1T3+0.122 0T1T4+0.929 6T2T3+0.226 6T2T4+0.296 9T3T4[0018]质量M的响应面模型为：
[0019]M＝0.095 4+0.646 0T1+0.199 6T2+0.269 6T3+0.047 0T4‑ꢀ
3.843 7T
12
‑
1.355 9T
22
+6.613 0T
32
‑
3.745 8T
42
+5.714 1T1T2+ 1.606 6T1T3+0.000 1T1T4+9.151 9T2T3‑
0.000 1T2T4‑
1.249 7T3T4[0020]其中：T1～T4分别指防撞梁的厚度，纵向加强筋的厚度，吸能盒的厚度 和横向加强筋的厚度
[0021]进一步的，所述步骤4中的多目标优化数学模型为：
[0022][0023]其中：SEA为比吸能，M为防撞梁质量，F
peak
为峰值碰撞力，L
max
为最大 纵向位移，T1～T4分别指防撞梁的厚度，纵向加强筋的厚度，吸能盒的厚度 和横向加强筋的厚度
[0024]进一步的，所述步骤5中6σ质量分析数学模型如下：
[0025]μ[T1]＝3.75，σ[T1]＝1％*μ[T1][0026]μ[T2]＝3.85，σ[T2]＝1％*μ[T2][0027]μ[T3]＝4.55，σ[T3]＝1％*μ[T3][0028]μ[T4]＝3.50，σ[T4]＝1％*μ[T4][0029]s.t.F
peak
≤42120N
[0030]L
max
≤46.53mm
[0031]其中：SEA为比吸能，M为防撞梁质量，F
peak
为峰值碰撞力，L
max
为最大 纵向位移，T1～T4分别指防撞梁的厚度，纵向加强筋的厚度，吸能盒的厚度 和横向加强筋的厚度，μ和σ分别为正态分布的均值和方差。
[0032]进一步的，所述步骤6中6σ质量优化数学模型如下：
[0033][0034]其中：SEA为比吸能，M为防撞梁质量，F
peak
为峰值碰撞力，L
max
为最 大纵向位移，T1～T4分别指防撞梁的厚度，纵向加强筋的厚度，吸能盒的厚 度和横向加强筋的厚度，μ和σ分别为正态分布的均值和方差。
[0053]峰值碰撞力F
peak
的响应面模型为：
[0054]F
peak
＝50.771 4
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于NSGA
‑Ⅱ
的一体式铝合金精密铸造防撞梁结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在三维软件中建立防撞梁的几何模型；步骤2：在有限元软件中建立正面碰撞有限元模型，通过LS
‑
DYNA软件进行求解；步骤3：通过最优拉丁超立方设计方法采取样本点构建峰值碰撞力、最大纵向位移、比吸能及质量高精度响应面近似模型；步骤4：以最大纵向位移、峰值碰撞力为约束条件，以防撞梁的厚度为设计变量，采用NSGA
‑Ⅱ
算法对比吸能和质量进行确定性优化；步骤5：根据步骤4求解的确定性优化解，考虑不确定性因素影响，对其约束条件进行基于可靠性的6σ质量分析；步骤6：对步骤5质量分析结果中不满足可靠性要求的约束条件进行6σ质量优化。2.基于权利要求1所述的基于NSGA
‑Ⅱ
的一体式铝合金精密铸造防撞梁结构优化方法，其特征在于，所述步骤3中的响应面模型如下：最大纵向位移L
max
的响应面模型为：L
max
＝77.167 4
‑
2.578 0T1‑
2.947 7T2‑
3.796 1T3‑
0.753 2T4+0.285 1T
12
+0.340 1T
22
+0.433 5T
32
+0.071 1T
42
‑
0.023 4T1T2‑
0.343 8T1T3‑
0.122 1T1T4‑
0.158 0T2T3+0.055 3T2T4+0.076 8T3T4峰值碰撞力F
peak
的响应面模型为：F
peak
＝50.771 4
‑
1.211 7T1‑
6.649 1T2‑
0.470 8T3+1.393 5T4‑
0.629 0T
12
+0.068 8T
22
‑
0.627 2T
32
‑
0.208 5T
42
+0.847 1T1T2+0.793 0T1T3+0.137 6T1T4+0.763 6T2T3‑
0.189 1T2T4+0.123 0T3T4比吸能SEA的响应面模型为：SEA＝272.836 7
‑
14.064 5T1‑
15.315 9T2‑
11.928 8T3‑
0.763...

【专利技术属性】
技术研发人员：李书华，吴钇陶，吴宗扬，吴勃夫，汪永嘉，张代胜，
申请(专利权)人：合肥工业大学智能制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：