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摘要：以某白车身为研究对象，首先利用Hypermesh软件获得白车身的弯曲刚度灵敏度，然后利用Matlab计算求出车身的可靠度灵敏度，得到相对可靠度灵敏度，筛选8个钣金件作为变量；建立Kriging近似模型，利用遗传算法进行结构优化。结果表明，质量不变情况下，提高了13%的白车身弯曲刚度。

关键词：白车身轻量化；相对可靠性灵敏度；可靠性优化

引言

车身弯曲刚度可引起车辆操纵稳定NVH、耐久性、乘坐舒适等性能的变化[1-4]。本文利用Hypermesh软件中灵敏度计算的模块自动计算板件弯曲刚度灵敏度，进而计算得到相对可靠度灵敏度，并准确地寻找到高灵敏度的设计变量作为优化对象，再应用多目标遗传算法，快速提高车身弯曲刚度并控制质量的增加。

1相对可靠性灵敏度计算公式

灵敏度分析为目标函数对设计变量变化的灵敏性。机械结构的可靠度对基本随机变量向量X=（X1， X2， ···， Xn）T均值的灵敏度计算，见公式（1）。

本文采用可靠度灵敏度除以质量灵敏度，从而得到车身可靠度相对板件质量的灵敏度，即：

式中，Sk为可靠度灵敏度；Sw为质量灵敏度；Rk为相对可靠度灵敏度。

2多目标优化数学模型

用近似方法构建近似模型，替代复杂模型简化优化过程。其函数形式如下：

式中，（）是对全部设计空间的拟合函数，（）是均值为0，方差为，-2.的高斯随机函数。

本文应用采用NSGAⅡ多目标遗传算法对车身可靠性进行多目标优化优化。

3应用实例

所设定的边界条件：约束左后减振器安装支中心点X，Y和Z三个方向自由度，右后减振器安装支座中心点X，Z两个方向自由度，左前减振器安装支座中心点Y，Z两个方向自由度，右前减振器装支座中心点Z方向自由度，如图1所示。白车身弯曲刚度分析加载点位于前后悬架阻尼减振器支座连线中心点且垂直于门槛梁的位置，加载力的大小为 F=1000N，沿Z轴负方向。

图2为相对可靠度灵敏度分析结果云图，该结果图可以明确反应选取中的零件可靠度变化情况。

4优化结果及分析

选取的8个零件的厚度作为设计变量，在Hypermesh中基于NSGA-Ⅱ多目标遗传算法编程，对车身弯曲刚度和车身质量的Kriging 模型进行多次的迭代优化并且进行优化，在对比车身弯曲刚度和质量增加后，如表1板件优化后信息。

优化后结构的弯曲刚度和质量，见表2。

在精度可靠的基础上进一步确认优化效果，从表2可知在整车白车身质量在减少0.03%的情况下，车身弯曲刚度提高了13%。

5结论

本文通过使用Hypermes中Optistrust中求出弯曲刚度灵敏度，然后利用matlab求出可靠度灵敏度和相对可靠度灵敏度，利用hyperwork中二次开发显示相对可靠度灵敏度云图。最后通过NSGA-Ⅱ多目标遗传算法可高效地搜索到最优解集，在短时间内完成约多次的选代计算，最终在减少0.03%车重增重的基础上提高了13%的白车身弯曲刚度。

参考文献：

[1]韩旭，等.基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究[J].汽车工程，2007，（07）：545-549.

[2]郑孟等.基于灵敏度分析的白车身扭转刚度优化[J].计算机辅助工程，2014， （04）：21-25.

[3]廖鸿胡，徐龙，成艾国，等.基于刚度及模态分析的某微型车车身轻量化设计[J].汽车技术，2011，（03）：15-20.

[4]Aihui L ，Yanjun W ，Zikai C .Application of new generation low-strength hot stamping steel to improve the crash performance of BIW[J]. Baosteel Technical.

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51775078）；辽宁省教育厅项目（JDL2020011）

作者简介：王世鹏（1980-），男，河南濮阳人，大连交通大学 交通工程学院，博士，副教授，主要研究方向：结构优化、结构可靠性研究。

于广伟（1996-），男，辽宁本溪人，大连交通大学 交通工程学院，硕士研究生，研究方向：结构优化可靠性研究。