以某型电动汽车为例，开发了整车以及台车有限元模子，进程整车侧碰阐述后，通过扶植合理的畛域要求，对模子举行了简化。获得仅保存侧围的限制侧碰模子，能正在担保仿真试验的结果正确牢靠的同时进步计较效能。随后，基于简化侧碰模子，对变截面B 柱举行众主意优化打算。遵照阐述结果获得B 柱表里板A、B、C、D 和E 这5 块区域厚度最优组合为0. 8、1. 2、0. 8、1. 3 和1. 2 mm。进程B 柱的变截面打算并优化后，整车侧碰机能获得昭彰擢升，B 柱上丈量点处碰撞中的峰值侵入量与峰值侵入速率均有所低浸，保护了其安详机能，同时正在质料上减轻了6. 5%，到达轻量化打算的宗旨。

自汽车问世从此，对待其正在碰撞工况下安详机能的阐述与琢磨从未停滞，它对出行安详发作着紧要的影响，以是倍受眷注。而因为能源紧张题目与境遇污染题目，闭于汽车的节能减排琢磨也极端枢纽。以是，实行节能、环保和安详的主意是方今汽车行业进展的趋向，而汽车的轻量化身手是实行这一主意的紧要保护［1 － 2］。汽车车身的重量占整车重量的30% ～ 40%。以是，对车身举行轻量化打算是实行整车轻量化主意的紧要途径［3］。而正在车身零部件打算中，B 柱的打算极端枢纽。汽车B 柱正在汽车侧碰工况下起着招揽能量并维护乘员安详的紧要效率。汽车B 柱正在利用中需知足车辆强度和刚度请求，必需采用降服强度很高的资料，但这扩大了创筑工艺难度，零件成形质料节制困穷; 同时两全车辆燃油经济性，B 柱构造正在知足汽车安详机能请求下还需举行轻量化打算［4］。以是，汽车B 柱的打算是汽车创筑范畴的难点。

国表里专家和学者针对B 柱构造与汽车碰撞仿真及构造优化举行了一系列琢磨。WANG S 等［4］针对B 柱的轻量化和耐撞性举行了琢磨，并提出了一种搀和手腕，该手腕纠合了矫正的粒子群优化算法( Improved Particle Swarm Optimization，MPSO) 和与理念处理计划( Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution，TOPSIS) 手腕彷佛的秩序偏好身手以及主因素阐述法( Principal Component Analysis，PCA) 并将该手腕利用于汽车B 柱构造外板的众主意轻量化优化打算。KELLEY M E等［5］则针对侧碰工况下的乘员毁伤做了一系列琢磨，并得出锁骨是最常睹的UE 骨折部位且B 柱对其酿成的侵害最告急。WANG H Y 等［6］针对车辆碰撞仿真精度举行了琢磨，琢磨了前纵梁的碰撞仿真手腕，将冲压结果照射到碰撞构造模子，阐述了冲压对前纵梁耐撞性的影响，以进步汽车碰撞有限元仿真的正确性和有用性。王镝等［7］、杜继涛等［8］和MEYEＲ A 等［9］则针对贯串变截面轧制板（Tailor Ｒolling Blanks，TＲB) ，分手琢磨了TＲB 板的成形身手闭系题目，瞻望了TＲB 身手正在车身构造打算中的前景。

本文基于某款电动汽车的整车模子，行使数值阐述手腕对汽车侧碰工况举行了琢磨，并对侧碰模子举行简化打点，并将简化模子与整车模子之间的计较偏差节制正在极小规模内，然后基于简化的侧碰模子纠合TＲB 与反映面法对B 柱举行了众主意优化打算。

正在汽车碰撞法例方面，外洋己有众年体验，并同意了较为完满的新车评议系统及规范。欧洲新车评议法例E － NCAP 轨则，正在可变形吸能壁障侧面碰撞试验中，可变形搬动壁障速率不低于50 km·h － 1。且E － NCAP 侧碰试验中还囊括选做试验———侧面柱碰撞，试验速率不低于29 km·h － 1。美国公道安详保障协会IIHS 轨则，汽车侧面碰撞试验时速不得低于49. 8 km·h － 1。日本新车评议法例J-NCAP 轨则，正在可变形吸能壁障侧面碰撞试验中，可变形搬动壁障速率不低于48 km·h － 1［10］。

C － NCAP 中轨则正在试验台车的前端职位需设备可变形壁障［10］，试验台车的搬动目标与试验车辆的中垂面笔直，试验台车的搬动壁障中线需瞄准试验车辆的Ｒ 点，即座椅调度到最终、最下的“跨点”职位。碰撞时，试验台车的行驶速率约为50 km·h － 1。搬动壁障的纵向中垂面与试验车辆上通过碰撞侧前排座椅Ｒ 点的横断垂面之间的间隔应小于25 mm［10］。本文以C － NCAP 碰撞法例为根柢，针对某型轿车整车模子举行侧面碰撞仿真阐述，开发的有限元模子如图1 所示。车身钢材闭键资料参数如表1 所示。

正在Hypermesh 软件中对整车模子举行前打点。其整车模子网格根基尺寸为10 mm，台车采用模子自带的已划分网格。整车侧面碰撞仿线 个，试验台车总质料为1042 kg，扶植搬动速率为50 km·h － 1，台车前端为可变形吸能构造( 蜂窝铝构造) 。轿车模子总质料为1170 kg，共有1006133 个单位。总碰撞岁月为0. 12 s。已毕前打点的网格划分以及畛域要求设定后天生LS-DYNA软件仿真用的K 文献，已毕B 柱侧面碰撞仿线 整车侧碰模子仿真阐述及模子简化

整车碰撞模子能量输出图如图2 所示。正在碰撞历程中，碰撞模子体例初始能量为9. 29 × 104 kJ。通过阐述结果显示，沙漏能为0. 07 × 104 kJ，占总能量的0. 75%，沙漏能极小，正在合理规模以内，体例初始能量与表面能量根基仍旧类似，且各个能量蜕变趋向合理，归纳得出此整车碰撞模子的结果具有较高的牢靠性。

随后对整车侧碰历程举行阐述，通过输出的动画可考核各个期间的车身变形境况，整车侧碰结果如图3 所示。由图3 可知，爆发形变的区域集结正在车身侧围中部及下部，个中B 柱为闭键受力部件，起着担保乘员安详的紧要效率。

对B 柱上对应于乘员头部( 节点277696) 、胸部( 节点275974) 和盆骨( 节点276345) 的3 个丈量点举行侵入速率的取样。取样节点正在B 柱构造中的职位如图4 所示，计较结果如图5 所示。

以B 柱的变形形态、侵入量和侵入速率举动评议目标来评判侧围抗撞机能的优劣时，B 柱内板上对应于盆骨处的最大侵入速率应小于9 m·s － 1，对应于胸部以及头部的最大侵入速率应小于8 m·s － 1［12］。仿真结果显示，正在侧碰历程中盆骨、胸部和头部的最大侵入速率分手为7. 23、8. 48 和6. 21 m·s － 1。同时纠合侧碰结果示妄念以及侵入速率看出，针对此模子而言，胸部处为相对最告急部位。本文后续以胸部侵入速率纠合胸部侵入量举动简化模子牢靠性与优化结果的评议目标。

因为整车模子极端纷乱，且碰撞仿真为动态仿真，计较量极大，倒霉于后续优化所需的大宗样本数据的获取。以是本琢磨对整车侧碰模子举行了简化，并为简化模子施加适合的畛域要求，使得计较愈加高效并具有牢靠的结果。进程查阅文献与众次试验阐述，最终计划如下: 本简化模子仅保存车身侧围网格单位，并通过整车模子计较出整车质心，正在简化模子中寻找质心，并寻找车身侧围上相应的构造支柱点( 这些点与防撞横梁等抗撞性强的构造件相连，能仍旧与质心的相对职位较为太平) ，使构造支柱点与质心举行刚性相接。随后对证心举行z 目标自正在度的抑制，而且通过整车碰撞结果输出y目标( 台车速率目标) 的地面摩擦力的岁月蜕变弧线，将此弧线加载于简化模子质心上。简化模子如图6 所示。

筑模已毕后，将简化模子举行计较，输出计较结果与整车模子举行较量，以此验证简化模子的牢靠性。遵照B 柱上对应乘员头部、胸部和盆骨的枢纽丈量节点举行最大侵入量的输出并与整车碰撞模子上对应的节点最大侵入量举行比照。枢纽节点编号次第为节点277696、节点275974 和节点276345，分手对应于驾驶员头、胸和盆骨的职位，侵入量数据如表2 所示。

通过两次碰撞仿线 个枢纽丈量点处输出的侵入量极端迫近，相对偏差均小于5%，简化模子的侧围正在碰撞历程中的变形形态及趋向与整车模子侧围正在碰撞历程中的变形形态及趋向仍旧较高的类似性。以是以为此简化模子具有较高的牢靠性，可替代整车模子举动试验对象举行仿真阐述以及优化打算。因为优化打算历程中必要大宗的样本数据，故必要再三举行试验阐述，通过引入简化模子，可使单次试验阐述所需的岁月缩短为整车试验阐述的1 /2，进而进步琢磨效能，缩短琢磨周期，节俭人力物力等。

汽车正在受到侧面碰撞时，起到招揽能量并维护车舱内成员安详的闭键部件为B 柱、车门以及车门防撞杆、门槛横梁等部件。以是，为了担保汽车侧碰的安详机能，B 柱的打算极端紧要。以往的打算大凡采用较高强度的钢板，或扩大B 柱板件的厚度以进步其零件的刚度，从而得回理念的恶果。但相应的，其零件重量会受到影响，倒霉于到达轻量化的主意。以是，本文将贯串变截面辊轧板( Tailor Rolled Blanks，TＲB) 利用于B 柱表里板，遵照3 个枢纽丈量点将表里板划分为5 个分别的厚度区域，如图7 和图8 所示。

本文采用最优拉丁超立方打算对试验参数举行因子的抽样，最优拉丁超立方打算具有较好的匀称性［13］，能让一切的试验点正在打算空间内更合理匀称分散，具有优越的空间填充性，从而使得因子与反映之间的拟合恶果愈加线 B 柱外板划分

本文采用的打算变量为5 块区域的板厚，5 块区域的板料厚度的蜕变会对汽车侧碰机能以及零件质料有必定的影响，而对待侧碰机能的发扬，本文则以枢纽丈量点的最大侵入速率以及最大侵入量为评议目标。由表2 可知，节点275974 正在简化模子中具有最小的偏差，且其变形量较大，对应于乘员胸部职位，为影响乘员安详的紧要参考点。以是本文将采用节点275974 正在侧碰历程中输出的最大侵入量与最大侵入速率以及B 柱表里板质料之和为反映，5 块变厚度区域的板料厚度为因子举行试验打算。

由最优拉丁超立方打算手腕举行抽样40 组数据举行仿线 能够昭彰看出B 柱表里板中A 和C 区域的变形较小，B、D 和E 区域变形较大，为闭键受碰撞区域，以是正在抽样前将A和C的成分程度节制正在相对较低的程度，B、D 和E 则节制正在相对较高的程度，以合适实质需求。

本文基于试验数据开发反映面模子，并对其举行众项式函数拟合。反映面手腕具有仅用较少的试验就能正在限制规模里较为正确的亲切函数闭连，并可用轻易的代数表达式透露等甜头，适合对纷乱工程体例举行打算。

本试验使用Isight 软件，通过已修筑的反映面模子基于遗传算法举行众主意优化打算。优化的数学模子为:

式中: ymax为丈量点最大侵入量; m 为B 柱表里板的总质料; vmax为丈量点最大侵入速率; t1 和t2 分手为A 区与C 区厚度; T1、T2 和T3 分手为B 区、D区和E 区厚度。正在给定的抑制要求下举行迭代，获得最优解。个别迭代数据如表4 所示。

由表4 可知，第463 组和468 组数据计较结果超过抑制规模，代表不行行域，其它区域均为可行域，个中第469 组、第472 组和第473 组均为Pareto最优解集，而第469 组则为解集结相对个人最优解。本次迭代次数为481 次，因为数据量较大，故省略个中个别求解历程。因为众主意优化题目中主意间存正在互相冲突，优化解不或者是简单的解，而是一个解集( Pareto 最优解集) ，行使NSGA － Ⅱ算法正在主意空间中遵照Pareto 最优闭连对群体中的个人举行较量来评议个人的优劣。对待属于统一个Pareto层的个人，具有最大拥堵间隔的个人更良好［13］。遵照上述求解规矩，经体例计较得出变厚度板A、B、C、D 和E 区域最优越度组合为0. 8028523、1. 2026707、0. 8000288、1. 3111312 和1. 2033965 mm。将此组数据举行圆整子孙入所打算的变截面B 柱中并利用于整车模子举行侧面碰撞仿真试验，以验证优化结果的可行性。

将图整后的变截面各区域板厚代入整车模子举行计较阐述，输出枢纽节点275974 的峰值侵入量以及峰值侵入速率分手为119. 7 mm、7. 76 m·s － 1。将优化后与优化前的结果举行较量，如图9 ～ 图11所示。

由图9 能够看出，通过变截面打算并举行众主意优化后，3 个枢纽节点侵入速率值均低于8 m·s － 1，到达安详请求。而由图10 和图11 可知胸部侵入量以及侵入速率与优化前比拟均有所低浸，整车碰撞机能获得改正，峰值侵入量低落10. 3%，峰值侵入速率低落9. 2%，且峰值侵入速率降到8 m·s － 1以下，均到达预期请求。优化后的B 柱表里板总质料为3. 878 kg，而优化前两板总质料为4. 146 kg，质料裁汰约6. 5%，正在进步侧碰机能的根柢上，同时实行了轻量

( 1) 本文正在担保牢靠性的条件下将整车模子简化为仅保存侧围的简化模子举行试验，大幅进步了计较效能。

( 2) 以简化模子为根柢，对B 柱表里板举行分区域变截面打算，并举行众主意优化打算。获得B柱表里板A、B、C、D 和E 这5 块区域厚度的最优组合为0. 8、1. 2、0. 8、1. 3 和1. 2 mm。进程B 柱的变截面打算并优化后，整车侧碰机能获得昭彰擢升，B 柱上丈量点处的峰值侵入量与峰值侵入速率均有所低浸，保护了其安详机能，同时质料减轻了6. 5%，到达轻量化打算的宗旨。

参考文献:［1］ 周成军，沈嵘枫，周新年，等． 电动汽车车身构造轻量化琢磨转机［J］． 林业呆滞与木匠筑造，2012，( 11) : 14 － 18．