車身結構全設計流程理論及正向概念設計方法研究

《車身結構全設計流程理論及正向概念設計方法研究》是依託湖南大學，由劉子建擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：車身結構全設計流程理論及正向概念設計方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉子建
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

複雜產品研發對優質設計流程、高效設計方法、一致性產品信息模型和專用設計軟體的需求，不僅引發了新型設計流程、方法和模型技術研究的理論問題，也凸顯了汽車車身結構正向概念設計周期長、效率低、難以實現性能主導的開發，等瓶頸問題亟待解決的緊迫性。項目提出以全設計流程為驅動，以剛度鏈計算模型為核心，以剛度可靠度疊代求精為方法，以一致性信息模型為數據處理載體，以參數化骨架模型技術為快速建模工具，從挖掘流程驅動理論、設計方法學和信息技術的綜合優勢入手，研究車身結構全設計流程新原理、剛度鏈設計新方法，和高效專用的軟體實現新技術，為車身結構正向開發自主創新提供理論基礎和方法支持。項目擬重點解決一致性模型支撐的全設計流程理論與技術；車身結構剛度鏈原理、計算模型和設計方法；基於可靠度的剛度鏈模型疊代求精理論與方法；車身結構正向概念設計軟體系統分析方法和實現技術等關鍵科學問題，具有很高的理論意義和工程實用價值。

結題摘要

性能需求主導的汽車車身結構正向概念設計，是車身自主開發面臨的難題。新能源汽車研發的國際競爭，更加突顯解決這一問題的迫切性。項目構建了車身正向概念設計剛度鏈建模理論、最佳化方法、驅動流程和軟體平台，提供了剛度性能主導的快速疊代、整體求精概念車身開發工具，提升了電動汽車等車身的輕量化設計水平。項目首次拓展結構力學梁單元和薄壁空心理論，以主斷面、接頭等為結點構建車身結構的剛度鏈，採用解析建模，數值求解的新思路，為解決概念設計數據修改頻繁，多學科協調複雜難題提供了有效的方法；以過程、數據、語義、行為四要素為主線，釐清了車身設計方法與步驟，模型與數據的深層次關係，構建了適用於剛度鏈方法的車身概念全設計流程；採用傳遞剛度矩陣法、回傳波矩陣法、薄壁空心梁理論、改良和集成的全局尋優算法等，系統研究了車身動態和靜態剛度鏈模型求解和最佳化方法，通過多款車身設計實例，驗證了剛度鏈方法可以保證車身整體材料分布最優，求解速度、精度、輕量化效果明顯優於有限元方法；圍繞剛度鏈方法進行了承載式和非承載式車身模組化設計、結構靈敏度分析、承載度最佳化、接附點動態性能分析等專題研究，進一步提高了車身輕量化水平；提出了一種前移安全性評估，適用於剛度鏈設計方法的車身碰撞性能評價方法，提高了車身概念設計的合理性；將剛度鏈方法用於炭纖維複合材料和鋼-鋁結構材料車身，進行了仿真驗證；提出了車身主斷面多層次形狀最佳化和截面屬性最佳化方法，建立了主斷面基礎資料庫和屬性計算軟體平台；開發了車身結構剛度鏈正向概念設計原型軟體系統，完成了多款車身設計的實例仿真和部分實驗驗證。項目上述研究較好地解決了這一領域多個科學和工程技術難題，為剛度性能主導的汽車車身正向概念設計提供了系統創新的理論、方法和工具，成果具有重要的理論意義和套用價值。項目還探討了深度學習等AI方法用於汽車交通狀態預測等相關問題，取得了階段性成果。