專利名稱：一種基于多目標連續正交方法的穩健性汽車車身材料匹配方法
技術領域：
本發明主要涉及汽車車身輕量化及安全領域，特指一種基于多目標連續正交方法的穩健性汽車車身材料匹配方法。
背景技術：
隨著汽車工業的發展，汽車工業對輕量化、安全等方面要求越來越高。同時，汽車輕量化作為節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，汽車運行過程中約70%的燃料是消耗在車身質量上，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構和輕量化材料等多種途徑來降低車身質量，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計過程中。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量下降具有重要意義。汽車車身材料匹配過程是一個非線性、多變量和多目標的優化設計過程，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最優。傳統的設計方法中，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才能獲得合適的材料匹配，且不適用于材料個數較多的情況。同時，依次對單一部件進行材料替換，忽略了各部件之間的相互影響。雖然隨著離散優化的不斷發展，采用NGSA-1I等遺傳算法通過將離散變量連續化之后獲得相應問題的Pareto解，再根據設計要求選取最優解。但是這類方法調用正問題次數過多，對于大規模計算問題計算量過大，計算時間久，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化結果，且代理模型不能真實的反應各材料本身的特性。在汽車車身材料匹配過程中，找到一種快速有效的方法達到汽車車身材料最優設計，對于工程師來說非常重要。
發明內容
本發明的目的是解決傳統材料替換方法準確性差，忽略了部件之間的交互影響以及遺傳算法調用正問題次數過多，代理模型方法精度低等問題。該方法能夠有效的應用于各碰撞條件下材料匹配優化設計等。本發明解決其技術問題所采用的技術方法:一種基于多目標連續正交方法的穩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化設計碰撞條件，該碰撞條件包括正面碰撞、側面碰撞和偏置碰撞等；步驟2:通過前處理軟件HyperMesh建立相應的有限元模型,并通過試驗驗證該模型的有效性；步驟3:針對相應法律法規及工程經驗，確定該碰撞條件下優化設計目標、約束，并確定汽車車身材料匹配設計變量及各設計變量空間；步驟4:采用三水平正交表進行優化設計，確定初始設計水平，確定方法為:Level2為初始設計，Levell與Level3分別為Level2相鄰的備選值。針對設計變量個數確定相應的三水平正交表；步驟5:采用仿真軟件Ls-dyna對正交表各樣本點進行仿真計算，得到各響應的仿真值。根據仿真值計算各目標的信噪比，其具體計算方法為:望小特性:
權利要求
1.一種基于多目標連續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化設計碰撞條件； 步驟2:建立相應的有限元模型，并通過試驗驗證該模型的有效性； 步驟3:針對相應碰撞法規及工程經驗，確定該碰撞條件下優化設計目標和約束，并確定汽車車身材料匹配設計變量及各設計變量的取值空間； 步驟4:采用三水平正交表進行優化設計，針對設計變量個數確定初始設計水平和相應三水平正交表； 步驟5:對正交表各樣本點進行仿真計算，得到各響應的仿真值，并計算各目標的信噪t匕，采用罰函數法將各約束值附加到各目標信噪比，得到各目標的修正響應值，并通過計算得到各樣本點的綜合評分值，通過該步聚，將多目標約束優化問題轉化為了單目標非約束優化問題； 步驟6:獲得該迭代步的最優設計結果； 步驟7:判定設計目標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計結果，若不滿足條件則對各變量設計空間進行移動，并回到步驟4。
2.如權利要求1所述的一種基于多目標連續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化設計碰撞條件包括正面碰撞、偏置碰撞、側面碰撞。
3.如權利要求1所 述的一種基于多目標連續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.如權利要求1所述的一種基于多目標連續正交方法的穩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設計變量的三個水平值作如下規定，即:Level2為初始設計，Levell與Level3分別為Level2相鄰的備選值。
5.如權利要求1所述的一種基于多目標連續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采用商業軟件LS-DYNA進行仿真計算并得到各個響應的仿真值。
6.如權利要求5所述的一種基于多目標連續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中各目標的信噪比具體計算方法為: 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為試驗次數，Yi為第i次試驗的響應值,j為第η次試驗的平均值，S2為方差。
7.如權利要求1所述的一種基于多目標連續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通過采用罰函數法將各約束值附加至各目標信噪比，得到各目標的修正響應值，具體計算方法為:
8.如權利要求1所述的一種基于多目標連續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采用加權評分值方法獲取各樣本點的綜合評分值，由于各信噪比要求均為最大，因此加權評分值計算方法為
9.如權利要求1所述的一種基于多目標連續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中該迭代步下最優設計結果的選取采用ANOM方法，其計算方法為計算各因素的1、2、3水平對應的試驗結果之和的平均值。
10.如權利要求1所述的一種基于多目標連續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5個最優設計結果沒有提高；(2)迭代次數達到最大，默認最大迭代數為2nmax,其中nmax為最大備選水平總數。
全文摘要
本發明公開了一種基于多目標連續正交方法的穩健性汽車車身材料匹配方法，該方法主要通過實際的碰撞狀態與條件建立碰撞有限元模型；然后確定優化目標、約束條件和待優化設計變量并構建三水平正交表；之后通過數值仿真計算獲得各目標響應值、計算各目標信噪比并獲得修正響應值；最后通過確定的綜合評價值來對最優解進行合理選取并判定設計目標是否滿足迭代判定條件，若不滿足，則以當前的最優解作為下一迭代步的初始解進行迭代求解，直至滿足迭代判定條件。本發明能夠進一步合理的指導汽車車身設計，提高汽車安全性能及輕量化設計水平。
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 優先權日2013年5月13日
發明者孫光永, 李光耀, 田軒屹, 譚堅 申請人:湖南大學