[发明专利]基于代理模型的负泊松比结构吸能盒协同优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于代理模型的负泊松比结构吸能盒协同优化设计方法，具体步骤为：根据负泊松比结构吸能盒的结构特性建立多目标协同优化设计的数学模型；建立碰撞仿真参数化模型；利用Taguchi正交实验设计策略在设计域内采样；基于最小二乘支持向量回归构建目标函数的代理模型，并对代理模型进行精度验证；设计一种改进粒子群多目标优化算法并对协同优化设计数学模型进行求解；确定最优设计方案并验证。本发明解决了吸能盒碰撞吸能特性优化设计中的高维数和强非线性问题，从全局出发实现了负泊松比结构吸能盒在不同碰撞工况下的协同优化设计。

技术领域

本发明涉及汽车结构耐撞性设计领域，具体涉及一种基于代理模型的负泊松比结构吸能盒协同优化设计方法。

背景技术

吸能盒是汽车前保险杠系统的重要吸能部件，它位于保险杠横梁与汽车前纵梁之间。在发生碰撞事故时，通过压溃变形吸收碰撞能量，同时将部件变形尽量控制在较小区域内以保护其余重要零部件，降低后续维修成本。负泊松比结构材料在受到载荷作用时能够发生平稳和可控的压缩变形，同时在负泊松比特性的作用下呈现刚度增强特性，将负泊松比结构材料应用于吸能盒设计，能同时满足不同车速碰撞时对行人、车辆和乘员的保护需求。

研究表明负泊松比结构内芯的几何尺寸对于结构的冲击动力学性能有着显著影响，这也势必影响了负泊松比结构吸能盒的碰撞安全特性。同时，盒体结构与内芯的相互作用也是吸能盒碰撞安全性能的重要影响因素。因此，多结构设计参数、多性能目标以及两者之间的复杂响应关系，这使得负泊松比结构吸能盒的设计需要采用多目标的协同优化设计方法。

专利CN103577618B公开了一种汽车吸能盒设计方法，包括以下步骤：预设目标吸能盒的长度及压溃率，计算获得吸能盒的压溃距离；获得吸能盒碰撞吸收的理论能量；将吸能盒碰撞吸收的理论能量除以其压溃距离得到吸能盒的理论平均压溃力；根据平均压溃力公式，计算出各种备选规格的吸能盒的实际平均压溃力；根据吸能盒实际平均压溃力大于等于吸能盒的理论平均压溃力的原则，从备选规格中选取合适规格设计出目标吸能盒。但该方法还是依靠传统吸能盒的理论公式及设计经验，无法直接应用于负泊松比结构吸能盒的设计，且其设计方法中没有描述设计参数和性能响应之间的关系，导致吸能盒的最优化设计难以实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于代理模型的负泊松比结构吸能盒协同优化设计方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种基于代理模型的负泊松比结构吸能盒协同优化设计方法，包括以下步骤：

步骤1，根据负泊松比结构吸能盒的结构特性建立多目标协同优化设计的数学模型；

步骤2，建立碰撞仿真参数化模型；

步骤3，利用Taguchi正交实验设计策略在设计域内采样；

步骤4，基于最小二乘支持向量回归构建目标函数的代理模型，并对代理模型进行精度验证；

步骤5，利用改进粒子群多目标优化算法对协同优化设计数学模型进行求解；

步骤6，确定最优设计方案并验证。

与现有技术相比，本发明的显著效果为：本发明通过建立代理模型的方式构建了负泊松比结构吸能盒在不同碰撞工况下的多个性能指标与设计参数间的显示数学模型，充分考虑了设计参数之间的耦合关系，以及性能指标间的关联特性，解决了吸能盒碰撞吸能特性优化设计中的高维数和强非线性问题；同时，从全局出发通过设计一种适用于多目标优化问题的智能算法，实现了负泊松比结构吸能盒在不同碰撞工况下的协同优化设计。

附图说明

图1为本发明基于代理模型的负泊松比结构吸能盒协同优化设计方法流程示意图。

图2为本发明负泊松比结构吸能盒的结构示意图。

图3为本发明参数化建模与分析的流程示意图。