两步式约束粒子群优化算法及其在新能源汽车轻量化设计中的应用
发布时间：2021-04-08 07:54
针对工程优化中,由于资源的限制最优解通常处于约束边界附近,而现有的约束优化算法侧重于约束机制处理而很少在约束边界附近的搜索问题,本文中提出两步式约束粒子群优化算法:第一步采用基于惩罚函数的粒子群算法寻优,采用速度重置指针避免寻优陷入停滞;第二步采用子集约束边界缩减方程获取约束边界信息,使用序列二次规划进行边界局部搜索,最后对比两步的结果以较优值作为全局最优解。考虑侧面碰撞和顶压溃两种工况,采用提出的改进算法对某款燃料电池汽车车身结构进行轻量优化,在保证结构碰撞安全性的前提下,部分板件的轻量效果达10. 92%。
【文章来源】：汽车工程. 2019,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图1两步式约束粒子群优化算法流程图
·94·汽车工程2019年(第41卷)第1期图2燃料电池汽车整车有限元模型的轿车车身轻量化设计流程主要包括以下4步。(1)建立仿真有限元模型，定义优化目标、约束和设计变量。整车有限元模型网格单元平均尺寸为10mm，单元总数为1038131，整车整备质量为2090.9kg。根据法规GB20071—2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》建立整车侧面碰撞有限元模型，如图3所示。仿真时间为150ms，考察的性能指标为:假人下肋骨最大变形量、B柱最大变形速度、车门最大变形速度、假人腹部作用力和假人盆骨作用力。选取与侧面碰撞最为相关的15个零件的板厚作为设计变量，如图4所示。图3整车侧面碰撞有限元模型图415个板厚设计变量根据美国标准FMVSS216的要求，建立车顶压溃仿真模型，如图5所示。选取的性能指标为:压力平板压溃深度为127mm时压力盘的作用力，经过安全评价，该处顶压反弹最大力不小于50kN。选取与顶压溃相关的10个板件厚度作为设计变量，如图6所示。图5整车顶压溃有限元模型图6整车顶压溃设计变量两个碰撞工况的优化目标为结构质量最轻，性能约束指标如表2所示，共有25个设计变量。表2两种工况的性能约束指标工况设计变量性能指标约束侧面碰撞15假人下肋骨最大变形量/mm≤32B柱最大变形速度/(m·s－1)≤9车门最大变形速度/(m·s－1)≤9假人腹部作用力/kN≤1.5假人盆骨作用力/kN≤4顶压溃10顶压反弹最大力/kN≥50(2)在问题设计空间中进行试验设计，通过有限元仿真得到输出响应，分别针对每个碰撞工况建立相应的代理模型并检验?
·94·汽车工程2019年(第41卷)第1期图2燃料电池汽车整车有限元模型的轿车车身轻量化设计流程主要包括以下4步。(1)建立仿真有限元模型，定义优化目标、约束和设计变量。整车有限元模型网格单元平均尺寸为10mm，单元总数为1038131，整车整备质量为2090.9kg。根据法规GB20071—2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》建立整车侧面碰撞有限元模型，如图3所示。仿真时间为150ms，考察的性能指标为:假人下肋骨最大变形量、B柱最大变形速度、车门最大变形速度、假人腹部作用力和假人盆骨作用力。选取与侧面碰撞最为相关的15个零件的板厚作为设计变量，如图4所示。图3整车侧面碰撞有限元模型图415个板厚设计变量根据美国标准FMVSS216的要求，建立车顶压溃仿真模型，如图5所示。选取的性能指标为:压力平板压溃深度为127mm时压力盘的作用力，经过安全评价，该处顶压反弹最大力不小于50kN。选取与顶压溃相关的10个板件厚度作为设计变量，如图6所示。图5整车顶压溃有限元模型图6整车顶压溃设计变量两个碰撞工况的优化目标为结构质量最轻，性能约束指标如表2所示，共有25个设计变量。表2两种工况的性能约束指标工况设计变量性能指标约束侧面碰撞15假人下肋骨最大变形量/mm≤32B柱最大变形速度/(m·s－1)≤9车门最大变形速度/(m·s－1)≤9假人腹部作用力/kN≤1.5假人盆骨作用力/kN≤4顶压溃10顶压反弹最大力/kN≥50(2)在问题设计空间中进行试验设计，通过有限元仿真得到输出响应，分别针对每个碰撞工况建立相应的代理模型并检验?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于过滤器技术的约束粒子群优化算法[J]. 王祝,刘莉,龙腾,寇家勋. 机械工程学报. 2015(09)
[2]基于改进二次粒子群算法的汽车零配件配载优化[J]. 王向银,刘坚,武春燕,于德介. 汽车工程. 2010(08)
本文编号：3125169
【文章来源】：汽车工程. 2019,41(01)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图1两步式约束粒子群优化算法流程图
·94·汽车工程2019年(第41卷)第1期图2燃料电池汽车整车有限元模型的轿车车身轻量化设计流程主要包括以下4步。(1)建立仿真有限元模型，定义优化目标、约束和设计变量。整车有限元模型网格单元平均尺寸为10mm，单元总数为1038131，整车整备质量为2090.9kg。根据法规GB20071—2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》建立整车侧面碰撞有限元模型，如图3所示。仿真时间为150ms，考察的性能指标为:假人下肋骨最大变形量、B柱最大变形速度、车门最大变形速度、假人腹部作用力和假人盆骨作用力。选取与侧面碰撞最为相关的15个零件的板厚作为设计变量，如图4所示。图3整车侧面碰撞有限元模型图415个板厚设计变量根据美国标准FMVSS216的要求，建立车顶压溃仿真模型，如图5所示。选取的性能指标为:压力平板压溃深度为127mm时压力盘的作用力，经过安全评价，该处顶压反弹最大力不小于50kN。选取与顶压溃相关的10个板件厚度作为设计变量，如图6所示。图5整车顶压溃有限元模型图6整车顶压溃设计变量两个碰撞工况的优化目标为结构质量最轻，性能约束指标如表2所示，共有25个设计变量。表2两种工况的性能约束指标工况设计变量性能指标约束侧面碰撞15假人下肋骨最大变形量/mm≤32B柱最大变形速度/(m·s－1)≤9车门最大变形速度/(m·s－1)≤9假人腹部作用力/kN≤1.5假人盆骨作用力/kN≤4顶压溃10顶压反弹最大力/kN≥50(2)在问题设计空间中进行试验设计，通过有限元仿真得到输出响应，分别针对每个碰撞工况建立相应的代理模型并检验?
·94·汽车工程2019年(第41卷)第1期图2燃料电池汽车整车有限元模型的轿车车身轻量化设计流程主要包括以下4步。(1)建立仿真有限元模型，定义优化目标、约束和设计变量。整车有限元模型网格单元平均尺寸为10mm，单元总数为1038131，整车整备质量为2090.9kg。根据法规GB20071—2006《汽车侧面碰撞的乘员保护》建立整车侧面碰撞有限元模型，如图3所示。仿真时间为150ms，考察的性能指标为:假人下肋骨最大变形量、B柱最大变形速度、车门最大变形速度、假人腹部作用力和假人盆骨作用力。选取与侧面碰撞最为相关的15个零件的板厚作为设计变量，如图4所示。图3整车侧面碰撞有限元模型图415个板厚设计变量根据美国标准FMVSS216的要求，建立车顶压溃仿真模型，如图5所示。选取的性能指标为:压力平板压溃深度为127mm时压力盘的作用力，经过安全评价，该处顶压反弹最大力不小于50kN。选取与顶压溃相关的10个板件厚度作为设计变量，如图6所示。图5整车顶压溃有限元模型图6整车顶压溃设计变量两个碰撞工况的优化目标为结构质量最轻，性能约束指标如表2所示，共有25个设计变量。表2两种工况的性能约束指标工况设计变量性能指标约束侧面碰撞15假人下肋骨最大变形量/mm≤32B柱最大变形速度/(m·s－1)≤9车门最大变形速度/(m·s－1)≤9假人腹部作用力/kN≤1.5假人盆骨作用力/kN≤4顶压溃10顶压反弹最大力/kN≥50(2)在问题设计空间中进行试验设计，通过有限元仿真得到输出响应，分别针对每个碰撞工况建立相应的代理模型并检验?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于过滤器技术的约束粒子群优化算法[J]. 王祝,刘莉,龙腾,寇家勋. 机械工程学报. 2015(09)
[2]基于改进二次粒子群算法的汽车零配件配载优化[J]. 王向银,刘坚,武春燕,于德介. 汽车工程. 2010(08)
本文编号：3125169
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