[发明专利]一种多胞吸能结构组合优化设计方法

说明书

本发明公开了一种多胞吸能结构组合优化设计方法，包括：根据所要优化的材料建立多胞吸能结构有限元模型，并确定设计变量、约束条件和优化目标；根据建立的变量的三水平设计变量表和优化目标，进行正交实验；建立目标响应数据矩阵，对目标响应矩阵进行Taguchi分析；基于归一化后的各响应的信噪比序列进行灰色关联分析，得到各响应对应的灰色关联系数序列；确定初步优化的变量组合，实现在大空间内快速定位初步优化结果；选择显著影响变量并以初步的优化变量进行二次优化；进行多目标连续性优化设计，得到优化问题的Pareto前沿，并确定最优折中设计点。本发明方法能够提高结构的比吸能降低峰值加速度，使结构的轻量化和安全性能得到很大程度的改善。

技术领域

本发明涉及汽车车身轻量化及结构设计技术，尤其涉及一种多胞吸能结构组合优化设计方法。

背景技术

随着汽车产业的不断发展以及能源资源日益短缺，人们越来越多地关注更优异性能的结构以减少能源消耗。多胞结构，如蜂窝结构，由于其稳定的能量吸收性能，重量轻，高比强度和比刚度，越来越多地应用于汽车的吸能盒、前纵梁、保险杠等缓冲吸能结构上。因此，如何设计一个具有比吸能高和峰值加速度小的能量吸收器是一个值得研究的问题。

多胞结构材料及厚度等参数的设计是一个非线性、多变量和多目标的优化设计过程。传统的多目标连续性优化设计方法存在的问题是，在不确定设计空间的情况下，优化后目标响应的改善程度受到很大的限制；对于多变量和大区间的设计问题会导致迭代次数过多，寻优效率低，造成很大的计算成本。

针对以上问题，本申请提出多胞结构组合优化设计方法，通过引进第一阶段的基于Taguchi的灰色关联设计，实现了在大设计空间内快速定位以及降维，第二阶段在小的设计空间内精确、快速寻优，从而找出最佳的结构设计方案，使多胞结构在优化前后的安全性和轻量化得到了显著提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种多胞吸能结构组合优化设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多胞吸能结构组合优化设计方法，包括以下步骤：

1)根据所要优化的材料建立多胞吸能结构有限元模型，并确定设计变量、约束条件和优化目标；所述设计变量包括材料属性和壁厚t；所述材料属性包括：杨氏模量E，泊松比v，屈服强度σ₀，剪切模量σ_t；所述优化目标为最大化比吸能和最小化峰值加速度；

2)根据建立的变量的三水平设计变量表和优化目标，进行正交实验；

3)基于正交实验的方案，进行物理实验或者仿真计算，建立目标响应数据矩阵，对目标响应矩阵Y进行Taguchi分析,其中，峰值加速度和总质量属于望小特性，采用公式(1)计算信噪比；比吸能和总吸收能量属于望大特性，采用公式(2)计算信噪比：

其中，y_i(k)表示第i组实验变量对应的第k个响应目标值，x_i(k)为y_i(k)对应的信噪比；

4)对各响应的信噪比序列均线性归一化到0与1之间：

5)基于归一化后的各响应的信噪比序列进行灰色关联分析，得到各响应对应的灰色关联系数序列：

其中，x_i(0)为理想参考序列，理想参考序列中均取值为1；ρ为分辨系数，一般取值为0.5；

6)根据灰熵测量，计算各响应的灰色关联系数序列的权重值，然后根据各响应权重比进行加权得到一个综合响应的灰色关联度序列：