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汽車前部結構與乘員約束系統(tǒng)的防撞性優(yōu)化設計
摘要：CAE工具已經(jīng)廣泛應用于汽車碰撞安全性設計中，雖然它們還沒有滿足汽車的優(yōu)化設計。作者已提出一種統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)，并發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)SDSS是一種解決非線性動力學問題的可用的優(yōu)化方法。這個系統(tǒng)是一種基于響應曲面法和試驗設計的綜合性優(yōu)化設計方法。在本研究中，介紹了一種采用統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)的多級優(yōu)化方法。這種方法對大規(guī)模的多級、多學科的優(yōu)化設計問題很適用，同時解決了汽車的前部結構與乘員約束系統(tǒng)防撞性的優(yōu)化設計問題。結果顯示，可以通過采用這種新的方法得到成功而有效率的汽車前部結構與乘員約束系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化。
關鍵字：有限元方法，非線性問題，優(yōu)化設計，防撞性，前部結構，乘員約束系統(tǒng)，安全性，統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)
1. 引言
如今，為了評估汽車的安全性能和減少其發(fā)生碰撞后對乘員的傷害，汽車碰撞仿真已經(jīng)廣泛用于汽車發(fā)展的各種發(fā)展和設計階段。但是，由于汽車碰撞仿真通常需要大量的計算時間，從而使將早先的優(yōu)化仿真用于汽車安全性設計變得不太現(xiàn)實。作者提出了一種基于實驗設計與響應曲面法的綜合設計方法——統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)。在統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)中，利用在實驗設計中使用的正交矩陣，可以使在數(shù)量上評價適當?shù)脑O計空間內(nèi)的目標函數(shù)的設計因素性能的效率成為可能。通過發(fā)現(xiàn)，統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)SDSS對汽車碰撞的非線性動力學問題的優(yōu)化設計即可用又有效。
在傳統(tǒng)的汽車設計中，加強型的汽車結構部件被設計用于減輕結構的重量，同時能保護乘員艙內(nèi)乘員的生存空間。與結構設計的目的相對應，乘員約束系統(tǒng)的設計目的是減少乘員傷害。也就是說，汽車結構和乘員約束系統(tǒng)的設計兩者是分開的，因為汽車結構和乘員約束系統(tǒng)的設計是一種典型的多學科（或多級）問題，盡管在每個系統(tǒng)之間存在平衡關系。然而進行它們之間的協(xié)同綜合設計是非常重要的。本研究的目的是提出一種采用統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)的新方法，用于像汽車安全性設計那樣的多學科設計。
在本次研究中，為了解決此類多學科問題，作者提出了一種新的多級方法，它介紹了在統(tǒng)計設計支持系統(tǒng)中協(xié)同優(yōu)化的基本內(nèi)容。在這種新方法中，每個設計規(guī)則作為一個子集，整個系統(tǒng)是由通過接觸面函數(shù)聯(lián)系起來的子集構成。這是一種比較熟悉的協(xié)同分析方法。眾所周知，這種方法的優(yōu)勢為：（1）減少父集中響應面的尺寸。（2）在每個集合中允許平行響應曲面分析。(3)簡化了父集和子集的優(yōu)化分析。通過使用這種方法，汽車前部和乘員艙結構的加強型部件和乘員約束系統(tǒng)的優(yōu)化設計能夠使結構輕量化和乘員安全性達到一個很好的平衡，此時加強