专利名称：一种基于多目标连续正交方法的稳健性汽车车身材料匹配方法
技术领域：
本发明主要涉及汽车车身轻量化及安全领域，特指一种基于多目标连续正交方法的稳健性汽车车身材料匹配方法。
背景技术：
随着汽车工业的发展，汽车工业对轻量化、安全等方面要求越来越高。同时，汽车轻量化作为节能减排的重要途径也得到了世界各国的高度重视。在汽车轻量化过程中，汽车车身占整车总重的30%-60%左右，汽车运行过程中约70%的燃料是消耗在车身质量上，因此车身减重是汽车轻量化的最重要的途径之一。对于车身减重，工程上往往采用轻量化结构和轻量化材料等多种途径来降低车身质量，使得对于轻量化材料的研究日益深入，越来越多的材料使用到了汽车车身轻量化设计过程中。因此，在保证汽车车身耐撞性能不下降的条件下，如何通过合理搭配材料使得汽车车身质量下降具有重要意义。汽车车身材料匹配过程是一个非线性、多变量和多目标的优化设计过程，需要在满足特定约束条件下，寻求汽车车身的耐撞性和轻量化指标最优。传统的设计方法中，采用部件材料不断替换的方法来获得合适的材料，这一过程需要通过不断的修改和试错才能获得合适的材料匹配，且不适用于材料个数较多的情况。同时，依次对单一部件进行材料替换，忽略了各部件之间的相互影响。虽然随着离散优化的不断发展，采用NGSA-1I等遗传算法通过将离散变量连续化之后获得相应问题的Pareto解，再根据设计要求选取最优解。但是这类方法调用正问题次数过多，对于大规模计算问题计算量过大，计算时间久，失去了工程意义。而采用代理模型方法来代替正问题，代理模型的拟合精度直接影响优化结果，且代理模型不能真实的反应各材料本身的特性。在汽车车身材料匹配过程中，找到一种快速有效的方法达到汽车车身材料最优设计，对于工程师来说非常重要。
发明内容
本发明的目的是解决传统材料替换方法准确性差，忽略了部件之间的交互影响以及遗传算法调用正问题次数过多，代理模型方法精度低等问题。该方法能够有效的应用于各碰撞条件下材料匹配优化设计等。本发明解决其技术问题所采用的技术方法:一种基于多目标连续正交方法的稳健性汽车车身材料匹配方法，包括如下步骤:步骤1:确定汽车车身材料匹配优化设计碰撞条件，该碰撞条件包括正面碰撞、侧面碰撞和偏置碰撞等；步骤2:通过前处理软件HyperMesh建立相应的有限元模型,并通过试验验证该模型的有效性；步骤3:针对相应法律法规及工程经验，确定该碰撞条件下优化设计目标、约束，并确定汽车车身材料匹配设计变量及各设计变量空间；步骤4:采用三水平正交表进行优化设计，确定初始设计水平，确定方法为:Level2为初始设计，Levell与Level3分别为Level2相邻的备选值。针对设计变量个数确定相应的三水平正交表；步骤5:采用仿真软件Ls-dyna对正交表各样本点进行仿真计算，得到各响应的仿真值。根据仿真值计算各目标的信噪比，其具体计算方法为:望小特性:
权利要求
1.一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:确定汽车车身材料匹配优化设计碰撞条件； 步骤2:建立相应的有限元模型，并通过试验验证该模型的有效性； 步骤3:针对相应碰撞法规及工程经验，确定该碰撞条件下优化设计目标和约束，并确定汽车车身材料匹配设计变量及各设计变量的取值空间； 步骤4:采用三水平正交表进行优化设计，针对设计变量个数确定初始设计水平和相应三水平正交表； 步骤5:对正交表各样本点进行仿真计算，得到各响应的仿真值，并计算各目标的信噪t匕，采用罚函数法将各约束值附加到各目标信噪比，得到各目标的修正响应值，并通过计算得到各样本点的综合评分值，通过该步聚，将多目标约束优化问题转化为了单目标非约束优化问题； 步骤6:获得该迭代步的最优设计结果； 步骤7:判定设计目标是否满足迭代判定条件，若满足迭代判定条件则得到最终设计结果，若不满足条件则对各变量设计空间进行移动，并回到步骤4。
2.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤I所包含的汽车车身材料匹配优化设计碰撞条件包括正面碰撞、偏置碰撞、侧面碰撞。
3.如权利要求1所 述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤2中利用前处理软件Hypermesh来建立所述的有限元模型。
4.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的稳健性汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤4中三水平正交表中各个设计变量的三个水平值作如下规定，即:Level2为初始设计，Levell与Level3分别为Level2相邻的备选值。
5.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤5采用商业软件LS-DYNA进行仿真计算并得到各个响应的仿真值。
6.如权利要求5所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤5中各目标的信噪比具体计算方法为: 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为试验次数，Yi为第i次试验的响应值,j为第η次试验的平均值，S2为方差。
7.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤5通过采用罚函数法将各约束值附加至各目标信噪比，得到各目标的修正响应值，具体计算方法为:
8.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤5采用加权评分值方法获取各样本点的综合评分值，由于各信噪比要求均为最大，因此加权评分值计算方法为
9.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤6中该迭代步下最优设计结果的选取采用ANOM方法，其计算方法为计算各因素的1、2、3水平对应的试验结果之和的平均值。
10.如权利要求1所述的一种基于多目标连续正交方法的汽车车身材料匹配方法，其特征在于:所述步骤7的迭代判定条件为:(I)连续5个最优设计结果没有提高；(2)迭代次数达到最大，默认最大迭代数为2nmax,其中nmax为最大备选水平总数。
全文摘要
本发明公开了一种基于多目标连续正交方法的稳健性汽车车身材料匹配方法，该方法主要通过实际的碰撞状态与条件建立碰撞有限元模型；然后确定优化目标、约束条件和待优化设计变量并构建三水平正交表；之后通过数值仿真计算获得各目标响应值、计算各目标信噪比并获得修正响应值；最后通过确定的综合评价值来对最优解进行合理选取并判定设计目标是否满足迭代判定条件，若不满足，则以当前的最优解作为下一迭代步的初始解进行迭代求解，直至满足迭代判定条件。本发明能够进一步合理的指导汽车车身设计，提高汽车安全性能及轻量化设计水平。
文档编号G06F17/50GK103218500SQ201310175079
公开日2013年7月24日 申请日期2013年5月13日 优先权日2013年5月13日
发明者孙光永, 李光耀, 田轩屹, 谭坚 申请人:湖南大学