基于层次熵-灰色关联法的商用车驾驶室轻量化设计

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论文针对企业当前存在的汽车车身轻量化优化效率低、优化效果差以及优化方案配置不合理等问题,结合企业实际需求,以某商用车驾驶室为研究对象,将层次分析法、熵值法以及灰色关联分析法应用于车身轻量化优化领域,对商用车驾驶室进行了轻量化优化。论文主要内容如下:(1)建立商用车驾驶室隐式参数化模型,并进行模型精度验证。首先,在隐式参数化建模软件中采用模块化建模方式构建商用车驾驶室隐式参数化模型;其次,将商用车驾驶室隐式参数化模型另存为驾驶室有限元模型,为驾驶室的基本静-动态性能分析、设计变量的灵敏度分析做准备;然后,利用仿真分析法与试验验证法分别对商用车驾驶室质量及基本静-动态性能(一阶扭转模态频率、一阶弯曲模态频率、扭转刚度、弯曲刚度)进行分析;最后,进行驾驶室模型精度验证以确保该模型的可信度。(2)利用混合灵敏度分析技术筛选优化变量。首先,利用结构灵敏度分析理论重构商用车驾驶室有限元模型;以弹性模量为设计变量,进行结构灵敏度分析,以初步找出对驾驶室基本静-动态性能影响较大的区域;其次,结合Hyper Mesh、Hyper Morph录制上述区域中的厚度变量、截面变量,分别进行厚度灵敏度分析、截面灵敏度分析;然后,采用相对灵敏度分析法均衡多个目标对于厚度变量、截面变量的影响,进一步筛选关键优化变量;最后,利用SFE-Concept软件录制筛选出的厚度变量、截面变量。(3)构建响应面-径向基混合近似模型。选用最优拉丁超立方法进行试验设计以初步找到最佳参数配置方案,初步确定算法寻优空间。分别利用响应面法与径向基法求解优化问题中的线性函数、非线性函数,构建商用车驾驶室响应面-径向基混合近似模型,以确保近似模型具有符合工程需求的拟合精度。在此基础上,搭建多学科集成优化平台,以质量最小、扭转刚度最大、弯曲刚度最大为优化目标,以不低于初始一阶扭转模态频率值、一阶弯曲模态频率值为约束条件,利用粒子群优化算法完成商用车驾驶室轻量化优化。(4)合理配置产品优化方案。为解决商用车驾驶室轻量化优化方案配置不合理的问题,将层次分析法、熵值法、灰色关联法用于轻量化优化领域。该方法关键在于结合用户偏好信息,利用层次分析法、熵值法赋权重给优化指标,然后通过灰色关联法计算出各优化方案的灰色关联度,从而挑选出更符合用户偏好信息、关联程度更高的轻量化优化方案。优化结果表明:驾驶室质量减少19.2kg,减轻了6.2%,一阶扭转模态频率提升了8.6%、一阶弯曲模态频率提升了6.3%,扭转刚度提升了5.2%,弯曲刚度提升了9.5%。通过与未使用该算法筛选出的优化方案对比分析,证明该算法能成功筛选出轻量化效果更好的优化方案。
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