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汽车前纵梁吸能盒结构耐撞性多目标优化(3)
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摘要：为进一步检验近似模型的准确性，按优化后的设计变量值修改有限元仿真模型，将计算所得结果与近似模型预测结果进行对比，结果如表5。可知，近似模
为进一步检验近似模型的准确性，按优化后的设计变量值修改有限元仿真模型，将计算所得结果与近似模型预测结果进行对比，结果如表5。可知，近似模型优化预测结果与有限元仿真模型计算结果在三种响应中误差均未超过5%，模拟精度高，结果可信。
表5 优化结果精度验证Tab.5 Accuracy of optimization result模型响应预测解数值解误差/%E///kN756..92-1.41
3 优化结果分析
图6表示的是优化前后前纵梁吸能盒吸能量随时间的变化。在7 ms时，吸能盒开始变形，其吸能量近似呈线性增长，但从20 ms开始，优化后的吸能盒吸能量的增长率逐渐超过优化前的吸能盒，优化后的吸能量峰值相较于之前提高了7.93%。
图6 优化前后吸能盒吸能量随时间的变化曲线Fig.6 Energy-time variation curves of initial model and optimal model
图7、图8分别表示优化前后刚性墙反力、B柱加速度随时间的变化，优化前后曲线的变化趋势一致。在7 ms处，刚性墙开始与整车接触，前纵梁吸能过程开始，刚性墙反力和加速度第一次出现峰值。随着吸能盒各部位依次压溃，刚性墙反力接连出现三个较小的峰值，优化后的三个小峰值与优化前相比更为平缓，更能符合碰撞吸能要求；在35 ms左右，吸能盒变形结束，刚性墙反力达到最大值。与优化前模型相比，优化后的最大刚性墙反力降低了5.52%；同时，在35 ms处，整车B柱加速度达到最大值，从97.19 g降低为77.94 g，降低了19.81%，优化后的加速度曲线更为缓和，对乘员的危害会降低很多。
图7 优化前后刚性墙反力随时间的变化曲线Fig.7 Force-time variation curves of initial model and optimal model
图8 优化前后B柱加速度随时间的变化曲线Fig.8 Acceleration-time variation curves of initial model and optimal model
表6汇总了优化前后吸能盒最大吸能量E、B柱最大加速度a以及最大刚性墙反力F的变化情况。与诱导槽间距均匀的吸能盒相比，通过非均匀布置方式进行优化所得到的吸能盒的最大吸能量从56.90 kJ增加到61.41 kJ，提高了7.93%；B柱加速度从97.19 g降低为77.94 g，变化率达到19.81%；同时，最大刚性墙反力也从811.68 kN降低为766.92 kN，降低了5.52%。
表6 优化前后模型各性能对比Tab.6 Values of performance indexes before and after optimization模型响应优化前优化后变化率/%E///kN811..92-5.52
图9为优化前后吸能盒变形情况，优化前的吸能盒虽然其诱导槽是均匀分布，但在变形过程中，各诱导槽凸起处相互产生挤压，导致最终压缩变形不充分；优化后诱导槽为非均匀分布，吸能盒屈曲变形更为整齐有序，方向一致，压缩紧凑，能更大限度地吸收碰撞产生的能量。
图9 优化前后吸能盒最终变形俯视图Fig.9 Top view of comparison of collision deformation between initial model and optimal model
4 结 论
本文通过Hypermesh软件建立了整车100%正面仿真碰撞模型，以吸能盒上各诱导槽之间的间距为设计变量，使用Isight软件构建有效的近似模型，并通过NSGA-Ⅱ算法对近似模型进行多目标优化设计，研究了诱导槽的分布形式对吸能盒吸能性能的影响，得到结论如下：
(1)非均匀分布的诱导槽结构相较于均匀分布的形式，其耐撞性明显提高。实现了最大吸能量E增加7.93%、整车B柱最大加速度a降低19.81%、最大刚性墙反力F降低5.52%的目标。
(2)诱导槽为非均匀分布的吸能盒的变形压缩模式更为稳定有序，压缩变形更充分，改善效果明显。
(3)吸能盒诱导槽的非均匀分布设计为车辆吸能装置的结构设计提供了新的思路。
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文章来源：《时代汽车》 网址: http://www.sdqczz.cn/qikandaodu/2021/0708/2233.html
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