運用自動優化技術的整車碰撞性能優化

　　摘 要: 運用有限元技術，在同時考慮整車的碰撞性能與剛度特性下進行減重以及結構優化。考慮所有惡劣工況下，運用Altair公司產品OptiStruct中的優化功能對整車進行結構布局和優化，同時達到減重的目的。

1 引言

　　汽車碰撞是汽車被動安全性研究的主要內容之一，目前在汽車碰撞研究領域普遍采用的方法為試驗方法和計算機仿真方法。隨著技術的不斷發展和推廣，計算機仿真技術在碰撞分析中運用越來越廣泛，也越來越成熟。由于汽車碰撞分析是高速的高度非線性問題，碰撞CAE分析主要還是用顯式求解器來求解，如LS-DYNA、RADIOSS等。而目前比較通用的優化軟件，主要應用在線性領域。優化技術如何運用于碰撞仿真，這是個難點。

　　本文運用Altair公司優化產品OptiStruct來進行碰撞優化。將復雜的碰撞問題分解、切片，使之能夠用線性的優化軟件來跨領域近似模擬碰撞問題，找出最優化的方案。

2 整車碰撞優化分析

　　2.1 總體的碰撞優化分析思路

　　作為一個整車優化設計，需要同時考慮整車的剛度性能與碰撞性能，在同時滿足剛度要求和碰撞要求的同時，實現輕量化目標以及碰撞的最優變形模式。

圖1 優化分析同時考慮碰撞分析和剛度分析

　　本文只考慮碰撞的優化。以碰撞優化要求來說，每個碰撞工況考慮的約束和載荷均不同。圖1、圖2顯示了不同的碰撞工況中的載荷、約束以及目標。

圖2 提取碰撞工況載荷

　　在有限元分析的過程當中，模型的準確性和簡化的等效性具有重要的意義。

　　由于所有的碰撞過程都是高速以及高度非線性的，要近似模擬出這一個復雜的過程，需要對每一個碰撞工況進行很多個線性切片分析。因為對一個線性分析來說，是不足以模擬碰撞過程中的嚴重塑性變形，所有運用一系列邊界條件不同的線性分析才能夠得到近似的碰撞響應，這種方法叫做“移動邊界條件法”。

　　2.2 碰撞優化分析方法介紹

　　現在以正面100%重疊剛性壁障碰撞為例，來說明來說移動邊界條件法的思路以及運用。在正面100%重疊剛性壁障碰撞中，如果想得到一個優秀的碰撞結果，作為主要吸能部件的縱梁，其壓潰方式是關鍵。我們希望得到一個理想的階梯式上升的截面力，其物理含義就是縱梁能夠逐級完全壓潰。運用移動邊界條件法，這就可以把一個復雜的碰撞過程分成幾個部分，運用Altair公司的產品OptiStruct進行優化。

圖3 理想的壓潰縱梁截面力

　　將縱梁的壓潰區域分成幾個部分，比如圖4中的四個部分。

圖4 縱梁壓潰區域劃分