一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法

1.本发明属于薄壁梁抗冲击力计算技术领域，具体是指一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法。


背景技术：

2.汽车耐撞性是汽车被动安全领域的主要研究内容之一。薄壁梁结构是汽车耐撞性研究领域常见的吸能部件，提高其抵抗径向压溃变形能力是耐撞性研究的重要课题。目前，汽车耐撞性设计的结构主要为中空薄壁管型结构件。面对日益严苛的法规约束和消费者日益增强的安全观念，多直角截面薄壁梁结构由于其良好的比吸能和轻量化效果愈发引起重视。但现有多直角截面薄壁梁抗径向冲击设计的缺点是：对厚度进行优化设计时，总是改变整个零件的厚度，其缺点是是一些非重要部位的厚度提升不能充分利用制造材料的吸能特性，从而造成浪费。


技术实现要素：

3.针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提出的一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，当前的设计方法主要是对薄壁梁径向的管壁全部进行厚度方面的优化，使径向上每一个面的管壁厚度对薄壁梁抗冲击力起到最大限度的优化效果，加强径向上每一个面的管壁厚度的抗冲击力。
4.本发明采取的技术方案如下：本发明提出的一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，包括以下步骤：
5.步骤1：数据采集：
6.1.1：设计十二直角截面薄壁梁长、宽、高和厚度；
7.1.2：将x向、y向板件厚度作为未知的自变量，按照超拉丁方实验设计的方法设计四组试验组；
8.1.3：将四组试验组中每组试验规定的厚度依次建立仿真模型，建立a、b、c、d四个仿真模型；
9.1.4：对a、b、c、d是个仿真模型求解，获取他们的耐撞性评价指标的数据
10.步骤2：预测模型的建立与选择：
11.2.1：将步骤1.2中的自变量作为x、y，将耐撞性评价指标作为z，输入响应面模型，分别求取四组方程，并求得这些方程的平均误差；
12.2.2：以模型预测结果的平均误差＜0.2作为模型预测结果是否合格的判定依据；
13.2.3：判断a、b、c、d四个仿真模型中的合格数；
14.2.4：步骤2.3中合格数大于等于1则选取合格模型中r方最高的模型用于最终预测，并进行下一步骤；步骤2.3中合格数小于1则增加试验组数，重复步骤1.2；
15.步骤3：多目标优化设计：
16.3.1：将初始碰撞力最小且吸能量和碰撞效率最大作为目标函数，将x和y厚度作为
自变量；
17.3.2：将最终预测模型作为子模型输入nsga-ii多目标优化算法中，并将s11中的数据输入nsga-ii多目标优化算法，利用nsga-ii算法求同时满足初始碰撞力最小且吸能量和碰撞效率最大的自变量；
18.3.3：输出初始碰撞力最小且吸能量和碰撞效率最大的自变量；
19.3.4：耐撞性多目标优化设计结束。
20.进一步地，所述步骤1.4中耐撞性评价指标的数据包括碰撞力峰值、吸能量和碰撞力效率，对碰撞力峰值、吸能量和碰撞力效率赋值为z1，z2，z3。
21.进一步地，所述步骤2.1中四组方程包括xyz二元一次方程、二元二次方程、二元三次方程和二元四次。
22.采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本发明一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，当前的设计方法主要是对薄壁梁径向的管壁全部进行厚度方面的优化，使径向上每一个面的管壁厚度对薄壁梁抗冲击力起到最大限度的优化效果，加强径向上每一个面的管壁厚度的抗冲击力；首先利用实验设计开展参数研究，分析十二直角截面薄壁梁每一个抗弯折冲击的影响，然后建立关于不同截面厚度(x1和x2)与抗撞性指标(初始峰值力y1、吸能量y2、碰撞力效率y3)的响应面代理模型，通过建立多目标优化方案，求出使得y1最小且y2和y3最大的多目标条件下的x1和x2最优解，通过本发明能根据x1和x2对抗撞性的贡献大小，选取其厚度，避免贡献较小的面获得较大的厚度所带来的的材料的浪费的问题。
附图说明
23.图1为本发明提出的一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法的二代模型组的试验组数据图；
24.图2为本发明提出的一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法的十二直角结构抗径向冲击试验示意图。
25.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
具体实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例以及附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
27.实施例1：
28.一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，包括以下步骤：
29.步骤1：设计十二直角截面薄壁梁初代结构，获取初代模型；
30.步骤2：随后分别将x向板件和y向板件厚度依次分别设计为：1.0mm,1.2mm,1.4mm,1.6mm,1.8mm,2.0mm,2.2mm,2.4mm,2.6mm,2.8mm,3.0mm，每次只单独改变x或y其中一个板件的厚度，另一个板件保持为2mm不变；
31.步骤3：根据这些试验组中厚度参数依次建立仿真模型，获得二代模型组；
32.步骤4：对二代模型组进行虚拟仿真求解，获取其初始碰撞力峰值、吸能量、碰撞力
效率等耐撞性评价指标的数据；分析耐撞性评价指标的变化趋势；
33.步骤5：利用超拉丁方实验设计方法将x和y的厚度作为自变量，将初始碰撞力峰值、吸能量、碰撞力效率分别作为因变量并分别标记为：z1，z2，z3；设计50组实验(这五十组模型称为三代模型)，并进行仿真分析；
34.步骤6：三代模型组的数据(x，y，z1，z2，z3)输入响应面模型(这些模型的作用是：能自动发现x、y和z之间的关系式，比如2x+3y＝z1,6x+5y＝z2，需要指出的是，响应面模型可以拟合并给出实际的方程，但方程的形式有多种，比如一次方程，二次方程，三次方程等)；
35.步骤7：通过对比上述不同次方的方程的误差(表现为平均误差的大小，平均误差的越小则误差越小，平均误差小于等于0.2则证明这个预测模型很可靠，预测很准)，如果有其中一种及以上预测模型的平均误差小于0.2，则选取上述预测模型中准确度最高的作为最终的预测模型；
36.步骤8：将最终的预测模型作为子模型输入nsga-ii(第二代遗传算法)多目标优化算法中(nsga-ii是众多的多目标优化算法中的一种，多目标算法主要作用是：在不同x1、x2、x3数值排列组合而成的众多数据中，寻找一组x1、x2、x3数据，使得这组数据在s21步骤中获取的最优预测模型中的y1处于最小值且y2和y3均处于最大值)，寻找并输出满足条件的自变量。
37.以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：数据采集：1.1：设计十二直角截面薄壁梁长、宽、高和厚度；1.2：将x向、y向板件厚度作为未知的自变量，按照超拉丁方实验设计的方法设计四组试验组；1.3：将四组试验组中每组试验规定的厚度依次建立仿真模型，建立a、b、c、d四个仿真模型；1.4：对a、b、c、d是个仿真模型求解，获取他们的耐撞性评价指标的数据步骤2：预测模型的建立与选择：2.1：将步骤1.2中的自变量作为x、y，将耐撞性评价指标作为z，输入响应面模型，分别求取四组方程，并求得这些方程的平均误差；2.2：以模型预测结果的平均误差＜0.2作为模型预测结果是否合格的判定依据；2.3：判断a、b、c、d四个仿真模型中的合格数；2.4：步骤2.3中合格数大于等于1则选取合格模型中r方最高的模型用于最终预测，并进行下一步骤；步骤2.3中合格数小于1则增加试验组数，重复步骤1.2；步骤3：多目标优化设计：3.1：将初始碰撞力最小且吸能量和碰撞效率最大作为目标函数，将x和y厚度作为自变量；3.2：将最终预测模型作为子模型输入nsga-ii多目标优化算法中，并将s11中的数据输入nsga-ii多目标优化算法，利用nsga-ii算法求同时满足初始碰撞力最小且吸能量和碰撞效率最大的自变量；3.3：输出初始碰撞力最小且吸能量和碰撞效率最大的自变量；3.4：耐撞性多目标优化设计结束。2.根据权利要求1所述的一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，其特征在于：所述步骤1.4中耐撞性评价指标的数据包括碰撞力峰值、吸能量和碰撞力效率，对碰撞力峰值、吸能量和碰撞力效率赋值为z1，z2，z3。3.根据权利要求1所述的一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，其特征在于：所述步骤2.1中四组方程包括xyz二元一次方程、二元二次方程、二元三次方程和二元四次。

技术总结
本发明公开了一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，包括以下步骤：步骤1：数据采集；步骤2：预测模型的建立与选择；步骤3：多目标优化设计。本发明属于薄壁梁抗冲击力计算技术领域，具体是一种十二直角截面薄壁梁抗冲击非均匀厚度分布设计方法，当前的设计方法主要是对薄壁梁径向的管壁全部进行厚度方面的优化，使径向上每一个面的管壁厚度对薄壁梁抗冲击力起到最大限度的优化效果，加强径向上每一个面的管壁厚度的抗冲击力。加强径向上每一个面的管壁厚度的抗冲击力。加强径向上每一个面的管壁厚度的抗冲击力。


技术研发人员：刘西 梁锐 刘娜 胡远志
受保护的技术使用者：桂林航天工业学院
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/19