多学科设计优化在汽车领域中的应用 - 图文

多学科优化设计在汽车设计中的应用

姓名：广廓班级：研 学号： 1202班 2012020060

目录

目录 ....................................................................................................................................... 1 前言 ....................................................................................................................................... 2 一、国内研究现状 ............................................................................................................... 3 1、轻量化设计 ................................................................................................................. 3 2、结构优化 ..................................................................................................................... 4 3、性能优化 ..................................................................................................................... 6 4、汽车设计中的多学科设计优化新方法 ..................................................................... 7 二、国外研究现状 ............................................................................................................... 7 三、总结 ............................................................................................................................. 12 四、参考文献 ..................................................................................................................... 13

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前言

随着科学技术的不断发展，飞机、汽车、机床等大型机械的构造越来越复杂。其设计过程必然更加复杂，往往需要综合数十门学科的知识来进行设计。虽然每个学科领域都形成了自己的一套研究方法与发展思路，但各学科之间明显缺乏沟通与联系。另一方面，传统的优化设计一般采用串行设计方式，集中在某个零件或是只考虑某一个性能或学科的影响，人为地割裂了整个系统内各学科之间的相互作用，并没有利用各学科之间相互影响产生的协同效应。这种设计方法只能获得局部的最优解，却有可能失去系统最优解，甚至产生矛盾，而且设计周期长，成本高。

然而，多学科优化设计MDO（Multidisciplinary Design Optimization），可针对产品设计面临的复杂问题以及优化方法本身不足，通过充分利用和探索系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。从而有效的设计和优化策略、组织和管理设计过程，充分利用多学科相互作用产生的协调效应获得系统最优解，缩短设计周期，节约成本。

汽车产品开发技术是建立在相关基础技术之上的系统集成技术，现代社会要求开发的汽车产品质量轻、价格低、能耗少和性能稳定，也就是要求汽车的整体性能最优。其设计过程涉及发动机、传热、热力、液压、传动、力学、空气动力、控制工程、电子电器、外观造型、人机工程等专业的知识。同时，还要考虑国家产业政策、相关法律法规、市场需求、制造工艺、制造成本、可靠性、人力及计算机资源等因素，而且也要考虑这些因素之间所产生的相互影响、相互作用的耦合关系[1]。为了解决上述问题，在汽车设计过程中引入多学科优化设计方法，以达到汽车的整体性能最优。

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一、国内研究现状 1、轻量化设计

汽车轻量化在节约能源的同时又降低了成本，其优化设计需要考虑车身各项性能。运用多学科的集成优化设计，寻找系统整体的最优解。

史国宏、陈勇等人针对白车身的轻量化设计，建立了参数化模型。通过多学科优化，根据白车身自身性能的特点对其分成不同的优化区域分别进行不同工况的优化，找到白车身零件形状、尺寸、位置与厚度等各参数之间的最佳组合，以及满足系统各项性能要求的重量最优解，使白车身轻量化设计的潜能得到最大程度的发挥。同时利用方差分析方法，对各设计变量对性能的贡献量与主效应进行分析，掌握设计变量对刚度，模态、被动安全性能以及重量的影响规律[2]。

图1 分优化区域的整车白车身参数化模型

图2 优化循环过程 表1 设计变量优化结果

张勇、李光耀等人针对整车轻量化设计应用多学科设计优化，采用了一种新型的响应面构建方法构建了整车耐撞性与白车身自由模态多学科系统的近似模型。通过对模型进行优化获得了在满足CMVDR294安全法规的同时,使得白车身的扭转模态值得到提高,汽车重量得到较大程度减轻的最优解[3]。设计变量和响应的初始值和优化值如下表所示：

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