專利名稱：用于確定優(yōu)化的減震處理配置和面板形狀配置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于在車身結(jié)構(gòu)部件內(nèi)確定優(yōu)化的減震處理配置的優(yōu)化和模擬CAE方法。
汽車工業(yè)的當(dāng)前潮流是趨向于減少減震處理配置的重量和成本，以及對(duì)于縮短開發(fā)時(shí)間和改善車輛噪聲、振動(dòng)和不平順性(NVH)特性的不斷增長的需求，而這表明，需要有允許高效地優(yōu)化車身減震處理配置的設(shè)計(jì)方法。這些方法對(duì)于縮短開發(fā)時(shí)間和實(shí)現(xiàn)高性能的減震處理配置是非常關(guān)鍵的。可以將它們嵌入到車輛計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)設(shè)計(jì)流中，然后，可以在生產(chǎn)出樣車之前，將它們用于提供設(shè)計(jì)和平臺(tái)部件共享的指導(dǎo)信息。
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知許多用于對(duì)車輛的減震處理配置進(jìn)行優(yōu)化的方法。盡管所有這些方法均基于試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)技術(shù)，并通常為基于梯度的方法，但是它們之中沒有一種方法能高效和可靠地處理大量優(yōu)化變量。
從EP 1 177 950可得知如何對(duì)減震進(jìn)行優(yōu)化。該方法使用了一種減震材料，在確定振動(dòng)響應(yīng)的最強(qiáng)點(diǎn)后，將所述材料僅應(yīng)用于具有最強(qiáng)的振動(dòng)響應(yīng)的區(qū)域。從一點(diǎn)對(duì)某一車部件進(jìn)行激勵(lì)后，對(duì)所述車部件的每一部分的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行掃描?？梢钥闯?，這種方法的缺點(diǎn)在于用試驗(yàn)方法來確定振動(dòng)響應(yīng)。使用所述已知方法，必須將所述減震材料應(yīng)用于具有最強(qiáng)振動(dòng)的區(qū)域，而本發(fā)明著眼于在減少振動(dòng)方面呈現(xiàn)出最大的綜合效果的區(qū)域，而這是與著眼于原始振動(dòng)的幅值的方法的不同之處。
無源減震處理配置優(yōu)化領(lǐng)域的另一篇著名文獻(xiàn)公開了在這個(gè)領(lǐng)域作出的一些努力，從Trindade，Marcelo A的題為“夾層/多層粘彈性復(fù)合減震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化”(“Optirnization of sandwich/multilayer viscoelastic composite structure forvibration damping”，Proceedings of the 20th International Conference on OffshoreMechanics and Arctic Engineering，OMAE2001，Volume 3，Materials，of June-8，2001，Rio de JS10045Woanerio，Brazil，pages 257-264.)且編號(hào)為XP008028067的文章中可以看出這些努力。這篇文章公開了使用遺傳算法來優(yōu)化粘彈性減震處理配置性能的做法，并涉及對(duì)夾層/多層粘彈性復(fù)合結(jié)構(gòu)，具體來說是由包括處于兩塊復(fù)合層壓板之間的粘彈性層的無源處理配置覆蓋的復(fù)合基礎(chǔ)梁的減震。所考慮的結(jié)構(gòu)僅僅是用FE(有限元)代碼進(jìn)行離散化的夾層梁，并且，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，以模擬這種特殊的梁結(jié)構(gòu)配置，并認(rèn)為所述層壓表面相當(dāng)于Bemouli-Euler梁，同時(shí)用Timoshenko假說對(duì)核心層的性能進(jìn)行計(jì)算。這種方法不適于優(yōu)化車身面板的減震處理配置。這種方法使用的減震模型是ADF(滯彈性位移場)，其中，可以根據(jù)激勵(lì)頻率來定義減震。這種方法建立在所述模型各處溫度恒定且均勻分布的假設(shè)的基礎(chǔ)上，且沒有考慮不同結(jié)構(gòu)層的溫度依賴性。
此外，這種方法的目的是對(duì)應(yīng)用于層壓梁的無源減震處理配置進(jìn)行“幾何的”優(yōu)化?！皫缀蔚摹狈从沉诉@樣的事實(shí)，即在所述優(yōu)化周期中，僅考慮了幾何的設(shè)計(jì)變量。事實(shí)上，就該優(yōu)化而言，它僅考慮了粘彈性層的一個(gè)設(shè)計(jì)變量(厚度)。使用該提出的優(yōu)化方法-僅有的約束是關(guān)于減震配置的重量和自然頻率變化方面的-僅能處理結(jié)構(gòu)振動(dòng)(僅考慮了在關(guān)心的整個(gè)范圍內(nèi)的粗略的平均)，即這種方法不允許考慮聲學(xué)目標(biāo)(如特定位置的聲壓級(jí)SPL)。
此外，這篇文章公開的方法僅考慮了一個(gè)涉及所述粘彈性層的優(yōu)化變量。具體來說，這種方法僅關(guān)心預(yù)定減震材料的厚度，即這種方法不能夠找到或選擇優(yōu)化的減震材料。而且，這種方法假定了梁上的所述粘彈性層的一些固定位置，并且沒有考慮非均勻的溫度分布或材料分布或所述復(fù)合層的其他設(shè)計(jì)變量。
并且，這篇文章中提出的優(yōu)化目標(biāo)建立在減少結(jié)構(gòu)振動(dòng)的基礎(chǔ)上。因此，使用了兩種可選的目標(biāo)函數(shù)。第一種目標(biāo)函數(shù)(等式15)表示在時(shí)間T內(nèi)的速度平方和，而第二種目標(biāo)函數(shù)(等式16)表示頭五個(gè)自然彎曲節(jié)點(diǎn)的阻尼系數(shù)的平方和。此外，考慮了涉及加入的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)特性修改的罰成本函數(shù)。沒有在優(yōu)化范圍的頻率范圍內(nèi)對(duì)所述的聲學(xué)最優(yōu)解的改善進(jìn)行質(zhì)量控制。
本發(fā)明的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一種穩(wěn)定的優(yōu)化和模擬CAE方法，該方法克服了現(xiàn)有方法的缺陷，并適于為承受結(jié)構(gòu)載荷的結(jié)構(gòu)體部件(包括框架和面板)確定優(yōu)化的減震處理配置和面板形狀配置，具體地說，是在預(yù)定的負(fù)載條件下確定車身的結(jié)構(gòu)框架或面板的優(yōu)化的減震處理配置和/或幾何形狀配置，該方法可以高效地處理大量變量。
這是通過一種包括權(quán)利要求1的特征的方法，更具體地說是通過使用稱為輕型減震的遺傳優(yōu)化(GOLD)(Genetic Optimisation for LightweightDamping)的優(yōu)化工具實(shí)現(xiàn)的。該工具的基礎(chǔ)是建立在遺傳算法上的。用戶可以考慮分布在具有不同厚度和不同溫度區(qū)的金屬車身面板上的多種不同減震材料類型和減震材料厚度的減震組。GOLD軟件自動(dòng)進(jìn)行和控制所述減震組的優(yōu)化過程。用戶可以以互動(dòng)的方式控制正在進(jìn)行的優(yōu)化過程，并通過用簡單的接口命令直接預(yù)設(shè)以重量和NVH性能(振動(dòng)或聲壓)表示的特殊要求的目標(biāo)和/或約束。
以下說明清楚地表明，本發(fā)明克服了上述的缺陷，并與現(xiàn)有方法有所區(qū)別。具體來說，應(yīng)用這種工具或方法時(shí)，考慮的典型結(jié)構(gòu)是車身的FE模型，可以用依賴于幾何域的離散化以及以數(shù)值的方式求解頻域波動(dòng)方程的商用FE代碼(Nastran)對(duì)這些模型進(jìn)行模擬。此處模擬的減震機(jī)制說明了在整個(gè)結(jié)構(gòu)層中發(fā)生的彎曲、膜和剪切機(jī)制，但是，對(duì)應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)上的減震襯墊所增加的減震性能、質(zhì)量和剛度效應(yīng)的說明是通過特殊的等效材料公式進(jìn)行的。通過稱為Emerald的方法，這種等效材料說明能夠?qū)⒔o定的多層堆積的動(dòng)態(tài)特性(等效的Ebending、等效的Emembrane、膜的等效損耗系數(shù)、彎曲的等效損耗系數(shù)、泊松比、密度)歸納(sintetyze)在僅僅一個(gè)材料說明之中。這種用于模擬減震效應(yīng)的等效方法能夠加速FE求解過程(有助于減少所述模型的自由度)，并能加速在整個(gè)FE車體模型上進(jìn)行的不同減震分布的模擬的更新過程。此外，與利用GOLD進(jìn)行某些工作一樣，在優(yōu)化周期中，該方法有助于考慮在所述FE模型的各個(gè)區(qū)域內(nèi)的溫度分布，從而研究了所述優(yōu)化工具所用的減震材料的正常運(yùn)行效率。
此外，用GOLD實(shí)現(xiàn)的優(yōu)化的典型目標(biāo)是識(shí)別“最佳”厚度和減震材料，所述厚度和材料必須用于減震處理配置的每個(gè)可能位置。應(yīng)當(dāng)應(yīng)用作為所述優(yōu)化工具的運(yùn)行結(jié)果的可能減震材料的每一預(yù)定組合和厚度來實(shí)現(xiàn)承諾的目標(biāo)。當(dāng)談及目標(biāo)時(shí)，我們不僅應(yīng)當(dāng)考慮結(jié)構(gòu)振動(dòng)目標(biāo)，也應(yīng)當(dāng)考慮聲學(xué)目標(biāo)(SPL)。此外，該方法不僅可以將約束和罰函數(shù)用于增加的減震配置重量，也可以在完整的響應(yīng)頻率范圍上，將它們用于研究每個(gè)解出的配置相對(duì)于一種參考配置取得的改善。
此外，在GOLD求解過程中，可識(shí)別與車部件/車身的可減震區(qū)數(shù)相同的變量。這些變量中的每一個(gè)指出了每個(gè)特定區(qū)域能夠具有的可能減震處理配置的一個(gè)組合。這意味著可以用所述工具來識(shí)別優(yōu)化的減震材料和厚度以及在所述部件上的減震層分布圖。(這種優(yōu)化配置導(dǎo)致了通常超過20個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的問題維數(shù))。
此外，用戶能基于不同的量來選擇和定制幾種不同的目標(biāo)函數(shù)(OF)類型NVH響應(yīng)(聲振成本等等)?？梢詥为?dú)地考慮每一個(gè)所述的量。另外，根據(jù)用戶需要，可以按照不同的重要程度將兩個(gè)或更多個(gè)所述量進(jìn)行細(xì)合。這意味著，可以組合不同的量，并且可以為它們中的每一個(gè)給出相對(duì)于其他量的優(yōu)先級(jí)和/或定義的指定值和/或用作目標(biāo)的范圍。所述OF說明的基礎(chǔ)在于，任何這些量稱為部件/車輛的“參考減震處理配置”的動(dòng)態(tài)性能。以這種方式，可以定性地分析與所述參考配置相比由所述算法求得的每種優(yōu)化配置取得的改善，并可以使用所述參考配置的頻率范圍對(duì)NVH性能進(jìn)行約束。
稱為GOLD的本發(fā)明是一種用于對(duì)車輛減震處理配置進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化的新工具。它建立在被認(rèn)為是用于處理具有非常大數(shù)量的非連續(xù)變量的復(fù)雜優(yōu)化問題的最強(qiáng)有力方法的、利用了有限元(FE)和邊界元(BE)模擬技術(shù)的遺傳算法的基礎(chǔ)上。該工具的應(yīng)用領(lǐng)域通常為中低頻范圍。為進(jìn)行減震處理配置優(yōu)化而考慮的可能變量可以是-面板材料；
-面板厚度；-減震處理配置類型；-減震處理配置厚度；-面板區(qū)溫度，例如，可以將較高溫度指定給管道或儀表板內(nèi)的車身面板或可以考慮由熱成像儀得出的溫度分布圖；-減震處理配置的局部分布。
在實(shí)踐中，GOLD可以考慮非常大數(shù)量的優(yōu)化變量，在理論上，這可導(dǎo)致巨量的可能減震處理配置(通常上百萬)，并能高效地處理用標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)技術(shù)和基于梯度的方法實(shí)際上無法解決的問題。所述優(yōu)化必需的起始輸入數(shù)據(jù)有如下幾項(xiàng)-結(jié)構(gòu)車身的FE模型，在所述結(jié)構(gòu)上，將進(jìn)行減震優(yōu)化；-當(dāng)要求制訂聲音目標(biāo)時(shí)，乘客室的BE(或FE)模型；-所述優(yōu)化中使用的所有可能的減震處理配置的材料參數(shù)；-減震片區(qū)，即車身面板上的可應(yīng)用減震的可能區(qū)域的定義；-如果用戶要求，可以定義更多用重量和NVH性能(振動(dòng)或聲壓)表示的約束。
在優(yōu)化過程開始時(shí)，將設(shè)計(jì)者決定可以應(yīng)用減震的整個(gè)面板區(qū)細(xì)分成一組稱為減震片區(qū)的子區(qū)域。一個(gè)減震片區(qū)僅僅是一塊可能的減震處理襯墊?！翱赡堋币馕吨撈瑓^(qū)可能得到處理，也可能不得到處理GOLD總是考慮了不對(duì)片區(qū)進(jìn)行處理的可能性。每個(gè)減震片區(qū)可以包含上述優(yōu)化變量的不同組合。取決于減震片區(qū)的組合或配置，可以發(fā)現(xiàn)不同的減震組。從測得的頻率和依賴于溫度的材料特性開始，通過Emerald方法，在車輛的FE模型中加入了減震處理配置。然而，可以將GOLD與任何其他減震模擬技術(shù)相連。
根據(jù)典型的遺傳進(jìn)化流，在一連串選擇迭代(代)中執(zhí)行了所述優(yōu)化。一個(gè)稱為個(gè)體并用二進(jìn)制字符串編碼的減震組是該優(yōu)化問題的一個(gè)可能的解。每個(gè)個(gè)體(二進(jìn)制字符串)對(duì)應(yīng)于車身面板的一種處理配置，即在所述減震片區(qū)上的選定的減震處理配置的具體空間分布。在每個(gè)代步驟處，選擇了依照定義的目標(biāo)函數(shù)(OF)性能最優(yōu)的個(gè)體。然后，通過嵌入在GOLD之中的、在選定的個(gè)體之間進(jìn)行的交叉(交換某些位序列)或變異(個(gè)體的位改變)之類的遺傳統(tǒng)計(jì)算子，所述的個(gè)體組可以產(chǎn)生新的個(gè)體。根據(jù)統(tǒng)計(jì)選擇，所述性能最優(yōu)的個(gè)體具有最高的繁殖概率，而性能最差的個(gè)體具有較低的繁殖概率，甚至可能被新的個(gè)體取代。對(duì)最初的種群進(jìn)行的是隨機(jī)選擇，且其個(gè)體之間的差異很大。這意味著，為實(shí)現(xiàn)全局的OF最大值，進(jìn)行了對(duì)優(yōu)化域的全局搜索；與基于梯度的方法不同，當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部最大值時(shí)，GOLD執(zhí)行的優(yōu)化過程不會(huì)停止。當(dāng)發(fā)現(xiàn)了可能的最優(yōu)個(gè)體時(shí)，GOLD自動(dòng)對(duì)所述個(gè)體進(jìn)行振動(dòng)和聲學(xué)響應(yīng)的計(jì)算。在優(yōu)化過程結(jié)束時(shí)，記下最優(yōu)個(gè)體組(種群)，然后，可以選擇優(yōu)化的減震組。
用戶可以通過可視的、用戶界面友好的控制面板來監(jiān)視整個(gè)優(yōu)化過程，在該面板上，用其主要參數(shù)實(shí)時(shí)地示出了所述優(yōu)化每一代的狀態(tài)。搜索的解空間(即包含所有可能解的域)通常具有mN的維數(shù)，其中-N是可能的減震片區(qū)個(gè)數(shù)-m是可能的處理配置解個(gè)數(shù)最終的優(yōu)化目標(biāo)通常是減少以下量-減震組重量-關(guān)于頻率的振動(dòng)響應(yīng)-關(guān)于頻率的聲學(xué)響應(yīng)(聲壓級(jí)，SPL)計(jì)算所述第二個(gè)量需要運(yùn)行FE結(jié)構(gòu)運(yùn)算(即Nastran)。
計(jì)算所述最后一個(gè)量需要運(yùn)行FE結(jié)構(gòu)運(yùn)算和聲學(xué)BE或FE計(jì)算，在以下的幾行內(nèi)，對(duì)此方法進(jìn)行了說明。
一般地，通常將從車身上的固定點(diǎn)到車內(nèi)部的傳遞函數(shù)作為車身聲學(xué)性能目標(biāo)。通常用p/Fj表示所述傳遞函數(shù)，其中，p是指乘客耳位置處的聲壓，而Fj是以一個(gè)方向作用于引擎或懸架固定點(diǎn)處的力。用FE/BE非耦合方法計(jì)算了p/Fj傳遞函數(shù)，這意味著忽略了所述結(jié)構(gòu)上的流體載荷?？梢詫⑺龇椒ǚ殖扇齻€(gè)主要步驟。在第一個(gè)步驟處，由于激勵(lì)力Fj的原因，使用FE分析來計(jì)算包圍空腔的所述結(jié)構(gòu)的各節(jié)點(diǎn)處的振動(dòng)速度vk。在第二個(gè)階段，通過在計(jì)算p/Fj的各節(jié)點(diǎn)放置體積速度單位源，在SYSNOISE中進(jìn)行了對(duì)所述聲學(xué)空腔的BE分析。將BE網(wǎng)格各節(jié)點(diǎn)處的壓力作為輸出。從而，以倒數(shù)的方式計(jì)算了p/vk傳遞函數(shù)。在第三個(gè)階段中，結(jié)合來自第一步的速度和來自第二步的p/vk，以計(jì)算p/Fj的幅值和相位。
與進(jìn)行耦合的振動(dòng)-聲學(xué)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)FE工具(如AKUSMOD)相比，本技術(shù)具有一些優(yōu)勢(shì)。第一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)是頭兩個(gè)步驟是彼此獨(dú)立的。如果僅修改了所述結(jié)構(gòu)，但是乘客室的幾何形狀仍然保持不變，則不需要重復(fù)第二個(gè)步驟，反過來也成立。第二個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)是，不需通過減震模態(tài)分析，便可以局部地考慮乘客室內(nèi)面板的內(nèi)吸收。最后，可以非常容易地計(jì)算車身面板的振動(dòng)對(duì)聲壓的貢獻(xiàn)。主要的近似是，沒有考慮雙向耦合。此外，BE元素計(jì)算是非常耗時(shí)的。然而，也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，僅進(jìn)行了一次所述BE計(jì)算，并且，如果需要，可以用聲學(xué)FE計(jì)算代替所述BE計(jì)算。
可以容易地對(duì)所述優(yōu)化過程進(jìn)行定制，并可以在其中選擇一組預(yù)定的目標(biāo)。用戶可以直接對(duì)上述任何優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行獨(dú)立的修改，或是通過改變包含于簡單的文本接口文件之中的一些命令行來選擇它們的任意組合。也可以給予某一特殊的目標(biāo)、而不是其他目標(biāo)以優(yōu)先級(jí)。根據(jù)用戶希望應(yīng)用的特定約束，這可以在減少重量和改善NVH性能(結(jié)構(gòu)振動(dòng)或是SPL)之間取得最好的折中。
在GOLD優(yōu)化工具箱中嵌入了兩種不同的算法-用于相當(dāng)大的種群的、并以更為規(guī)則的斜率收斂到最優(yōu)解的標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法。
-允許在比前者小得多的種群上進(jìn)行許多代計(jì)算的微遺傳算法。它快速地收斂于包含良好的解的求解域，從而大幅減小了OF曲線的斜率。
GOLD的效率和通用性使得它可以非常容易的適用于涉及簡單測試案例、汽車部件或車身的寬廣范圍的減震優(yōu)化問題。
對(duì)平的矩形板的減震優(yōu)化在相對(duì)簡單的測試案例中第一次應(yīng)用了GOLD。測試的結(jié)構(gòu)是簡支的(free-free)鋼質(zhì)平的矩形板，其尺寸為800×500mm，且其厚變?yōu)?mm。首先，建立了該板的FE模型。然后，計(jì)算了包含給定的參考減震處理配置的所述板的速度均方(MSV)響應(yīng)。在確定以下做法能足夠好的描繪出測試結(jié)構(gòu)的MSV響應(yīng)后，將14個(gè)輸出點(diǎn)隨機(jī)地散布在所述板的表面上。激勵(lì)是作用于角落的單位點(diǎn)力，它垂直于所述板的表面。所述參考減震處理配置為整個(gè)板表面上的2mm厚的減震材料層。之后，將所述板表面細(xì)分成16個(gè)具有相同表面尺寸的矩形減震片區(qū)。
然后，使用GOLD來進(jìn)行所述板的減震處理配置的多目標(biāo)優(yōu)化和找到新的預(yù)測的減震組，該減震組能夠提供較低的MSV響應(yīng)水平，且其重量至少比所述參考減震處理配置輕20％。在這個(gè)案例中，溫度不是變量，它處于標(biāo)準(zhǔn)室溫并保持不變。對(duì)于每個(gè)片區(qū)，GOLD可以從四種不同的配置中進(jìn)行選擇暴露的，2mm，4mm和6mm的減震材料。GOLD進(jìn)行的遺傳算法優(yōu)化可以在所述板上用兩種不同的厚度(2mm和6mm的減震材料)來實(shí)現(xiàn)減震片區(qū)的優(yōu)化分布。與初始的處理配置相比，此時(shí)，在減少23％的減震處理配置重量的情況下，GOLD在所述板的振動(dòng)性能方面取得了顯著的改善。然后，以試驗(yàn)的方式建立了GOLD預(yù)測的所述優(yōu)化的減震組，并對(duì)其進(jìn)行了測量。在所述的試驗(yàn)性建立階段，懸掛所述板以再現(xiàn)簡支的邊界條件，并用處于與FE模型相同的位置和方向的搖動(dòng)器產(chǎn)生的白噪聲對(duì)所述板進(jìn)行激勵(lì)，同時(shí)，用小型的質(zhì)量較小的加速計(jì)來采集輸出信號(hào)。
可以用試驗(yàn)方法，即通過比較FE模型和用試驗(yàn)方式建立的、包含所述的優(yōu)化減震組的板的各個(gè)數(shù)值，和模擬得出的以及測得的MSV響應(yīng)，來驗(yàn)證由優(yōu)化預(yù)測的更輕的優(yōu)化減震組取得的MSV響應(yīng)方面的改善。可以看出，所述試驗(yàn)清楚地證明，GOLD預(yù)測的MSV降低是正確的。
對(duì)車部件的減震優(yōu)化這個(gè)針對(duì)車部件的GOLD應(yīng)用案例是關(guān)于所述平板的第一驗(yàn)證案例之后的下一個(gè)步驟。所述部件是具有簡化的邊界條件的、真實(shí)的車身底板的一部分。首先，在考慮原始的減震處理配置的情況下，計(jì)算了其振動(dòng)響應(yīng)。對(duì)具有相同的邊界和激勵(lì)條件的、未經(jīng)處理的所述部件的比較性測量表明，所述模擬能足夠好地再現(xiàn)所述振動(dòng)模式。具體來說，即使在測量中和模擬過程中得出的振動(dòng)水平并不完全相等，但證明這兩者得出了相同的具有很高振動(dòng)水平的區(qū)域仍然是十分重要的。然后，用GOLD來對(duì)所述部件進(jìn)行減震處理配置優(yōu)化和找到新的預(yù)測的減震組，該組提供了改進(jìn)的振動(dòng)結(jié)果，即在保持相同的減震質(zhì)量的情況下，與原始的參考減震處理配置相比，取得了更低的MSV水平。將所述底板上的可能減震區(qū)(即可以進(jìn)行減震處理的區(qū))細(xì)分成15個(gè)可能的減震片區(qū)。對(duì)每種關(guān)于金屬板厚度、減震類型和厚度的允許配置，為GOLD創(chuàng)建了一組不同的輸入材料特性。每個(gè)片區(qū)可以保持暴露，或是包含三種可能的處理配置，這表明該優(yōu)化問題的可能的解的總數(shù)為415＝1.1·109。
為了在合理的計(jì)算時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所述優(yōu)化的收斂，首先，對(duì)由五個(gè)個(gè)體組成的減小的種群應(yīng)用了微遺傳算法。在經(jīng)過足夠數(shù)目的代后，當(dāng)所述目標(biāo)函數(shù)呈現(xiàn)漸進(jìn)線形態(tài)時(shí)，即約1小時(shí)后，停止了微遺傳算法。將由在此步得到的個(gè)體組成的種群用作標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法的輸入，后者用30個(gè)個(gè)體組成的種群在40個(gè)代內(nèi)進(jìn)行運(yùn)算。在總共持續(xù)大約10小時(shí)的GOLD運(yùn)算完成后，可以對(duì)優(yōu)化解的分布和速度均方響應(yīng)進(jìn)行分析。所述最優(yōu)分布由15個(gè)可能的候選片區(qū)中的11個(gè)經(jīng)過處理的片區(qū)組成?？梢灶A(yù)測，該分布實(shí)現(xiàn)了速度均方振動(dòng)響應(yīng)方面的明顯改善。此后，在真實(shí)的所述車部件上生產(chǎn)了預(yù)測的優(yōu)化減震組，并進(jìn)行了試驗(yàn)性的驗(yàn)證。在這個(gè)案例中，可能因?yàn)閷?duì)所述結(jié)構(gòu)建模不夠準(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)在模擬和試驗(yàn)中所述未經(jīng)處理的部件的振動(dòng)水平之間存在一定偏差，但即使是這樣，試驗(yàn)仍然證明，在全局意義上，GOLD預(yù)測的減震組的性能優(yōu)于原始的參考減震組。
同樣，對(duì)將GOLD用于減震處理配置的空間優(yōu)化的潛力與非自動(dòng)地重復(fù)應(yīng)用“試錯(cuò)法”的做法進(jìn)行了測試比較。所述的主要基于用戶經(jīng)驗(yàn)的“人工”優(yōu)化循環(huán)能夠找到比最初的減震組在速度均方響應(yīng)方面得到微小改進(jìn)的處理配置的區(qū)域和厚度分布。然而，在經(jīng)過幾天的計(jì)算以后，所述人工優(yōu)化便不能再取得任何在振動(dòng)響應(yīng)方面的進(jìn)一步改善，并且，其優(yōu)化響應(yīng)仍然比GOLD得出的優(yōu)化響應(yīng)差。這便初步表明，與標(biāo)準(zhǔn)的由人進(jìn)行的優(yōu)化方法相比，自動(dòng)的GOLD優(yōu)化過程的高效率。
對(duì)車身面板的減震優(yōu)化GOLD的一個(gè)真實(shí)的車輛應(yīng)用實(shí)例是對(duì)豪華轎車車身的減震優(yōu)化。就原始減震組而言，為在至少減少其減震處理配置質(zhì)量的30％的同時(shí)改善前底板的振動(dòng)性能，對(duì)這個(gè)車輛模型執(zhí)行了多目標(biāo)減震處理配置優(yōu)化。
對(duì)整個(gè)車身和底板進(jìn)行了計(jì)算，所述計(jì)算使用了結(jié)構(gòu)化技術(shù)來對(duì)剩余的車身部件進(jìn)行建模。以這種方式，可以將更真實(shí)的邊界條件應(yīng)用于所述面板(節(jié)點(diǎn)處的約束模態(tài))。在這個(gè)具體的測試應(yīng)用中，使用了垂直方向的單位位移激勵(lì)。
首先，用一組測量對(duì)不具有任何減震處理的所述面板的FE模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并且觀察到了模擬得出的面板振動(dòng)響應(yīng)與測得的響應(yīng)之間的良好的一致性。在這個(gè)初始的驗(yàn)證步驟后，對(duì)具有所述車輛的原始減震處理配置的模型進(jìn)行了FE計(jì)算和得出了MSV響應(yīng)，并將該響應(yīng)作為所述優(yōu)化必須予以改善的參考案例。
將減震區(qū)(可以應(yīng)用減震處理配置的可能的候選區(qū))分成17個(gè)可能的減震片區(qū)。在優(yōu)化過程中，每個(gè)片區(qū)均允許保持暴露或是包含7種可能的不同減震處理配置(不同材料和厚度)中的一種配置。
給出了底板面板的金屬板厚度，并考慮了儀表板、管道和前后底板區(qū)的不同溫度區(qū)。一般的，減震材料對(duì)溫度有很強(qiáng)的依賴性，從而鋪設(shè)在具有不同溫度的面板區(qū)的相同處理配置具有不同的機(jī)械特性，而GOLD正確地考慮了這種情況。實(shí)際上，在物理上可以將同樣的片區(qū)視為由具有不同厚度和/或溫度的幾個(gè)部分組成。
對(duì)GOLD而言，為每種允許的配置創(chuàng)建了一組不同的輸入材料特性金屬板厚度
-減震處理配置厚度-減震材料-溫度由8種可能的處理配置和17塊片區(qū)給定的優(yōu)化域中包含所述優(yōu)化問題的817≈2.25·1015種可能的解。當(dāng)然，這個(gè)數(shù)字包含了所有用于優(yōu)化的配置，其中一些配置可能是不現(xiàn)實(shí)的，如“所有17塊片區(qū)為暴露的”或“所有片區(qū)用最厚的處理厚度進(jìn)行處理”。
為在合理的計(jì)算時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)所述優(yōu)化的良好收斂，對(duì)由五個(gè)個(gè)體組成的減小的種群在容許的較大數(shù)目的代內(nèi)進(jìn)行了處理。經(jīng)過第67代后，觀察到目標(biāo)函數(shù)相對(duì)于已進(jìn)行的代運(yùn)算數(shù)的斜率逐漸變平，從而，在約30分鐘后，在此代停止微遺傳算法。將用這些步驟得到的個(gè)體組成的種群作為標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法的輸入，而后者在120代內(nèi)對(duì)60個(gè)個(gè)體組成的種群進(jìn)行了處理。
在GOLD運(yùn)行完成后，列出了根據(jù)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)得出的最優(yōu)解，并可以得到優(yōu)化解。該優(yōu)化解包括七塊經(jīng)過處理的片區(qū)(從17塊可能的候選片區(qū)中選出)。實(shí)現(xiàn)了在MSV的均值和峰值水平上的顯著改善，并且，相對(duì)于原始處理配置，取得了33％的重量減輕。當(dāng)對(duì)初始的和優(yōu)化的MSV曲線進(jìn)行比較時(shí)，可以識(shí)別所述減震處理配置的三個(gè)具有不同效率的頻域-小于100Hz時(shí)，不存在局部面板模態(tài)，因此，實(shí)際上不存在所述處理配置的振動(dòng)減輕/減震效果，從而，即使應(yīng)用了減震處理，也不存在改善的現(xiàn)象。
-在100Hz和175Hz之間，由于應(yīng)用了減震，可見中等程度的改善效果。
-在175Hz以上，尤其是在接近峰值模態(tài)(高達(dá)5和更多的dB)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了顯著的改善。
使用所述原則，執(zhí)行173次Nastran運(yùn)算，可以對(duì)由817種可能的解構(gòu)成的巨大的優(yōu)化空間進(jìn)行有效地搜索這意味著在標(biāo)準(zhǔn)的Unix工作站上耗費(fèi)的總共為33小時(shí)的計(jì)算時(shí)間。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的DOE技術(shù)，所述方法在搜索的解的數(shù)目和計(jì)算時(shí)間上得到的好處是十分巨大的。為驗(yàn)證所述預(yù)測和以上所述的GOLD優(yōu)化，同樣通過對(duì)真實(shí)的車輛應(yīng)用Diamond技術(shù)對(duì)所述減震組進(jìn)行了試驗(yàn)優(yōu)化。該試驗(yàn)優(yōu)化過程導(dǎo)致了將相同的減震材料應(yīng)用在相同的車輛面板上，同時(shí)，兩者也具有幾乎相同的處理配置拓?fù)浞植?。然而，為?zhí)行所述的混合式試驗(yàn)-數(shù)值Diamond優(yōu)化，需要生產(chǎn)出車輛的樣車，而GOLD則完全是一種數(shù)值方法，在得到任何樣車之前均可應(yīng)用。
可將本發(fā)明總結(jié)如下應(yīng)用本工具時(shí)，考慮的典型結(jié)構(gòu)是車身FE模型。通常用依賴于幾何域的離散化的商用FE代碼(MSC Nastran)來模擬這些模型的振動(dòng)動(dòng)態(tài)性能，并用數(shù)值的方式求解頻域波動(dòng)方程。
絕大多數(shù)情況下用來評(píng)估聲學(xué)性能(聲壓級(jí)和聲學(xué)的傳遞函數(shù)p/F)的數(shù)值分析方法是各種形式的邊界元方法或有限元方法(如MSCNastran)。
對(duì)于不同的設(shè)計(jì)目的靜態(tài)分析、流體力學(xué)分析等等，已經(jīng)將遺傳算法廣泛應(yīng)用于支持結(jié)構(gòu)部件的工程設(shè)計(jì)。
汽車工業(yè)中求解的用于NVH目的的典型量為單個(gè)點(diǎn)的頻率響應(yīng)函數(shù)(FRF)或用面板表面對(duì)FRF進(jìn)行平均的各種方法。
當(dāng)今，應(yīng)用減震層已成為汽車工業(yè)廣泛采取的、用以改善車身面板的動(dòng)態(tài)性能和乘客室的NVH特性的一種做法。
當(dāng)今，對(duì)車身面板進(jìn)行硬化和加強(qiáng)(如加強(qiáng)筋、凸起、皂化膜配置)也已成為汽車工業(yè)廣泛采取的、用以改善車身面板的動(dòng)態(tài)性能和乘客室的NVH特性的一種做法。
本發(fā)明的目的是提供一種方法來同時(shí)識(shí)別優(yōu)化的減震處理配置和FE結(jié)構(gòu)部件(通常為車身面板)內(nèi)的表面形狀配置，在此過程中，考慮了該問題的各種設(shè)計(jì)變量，如遍布所述結(jié)構(gòu)的多個(gè)減震位置、不同的減震材料、每種材料的不同厚度值和所述部件表面的多種形狀修改(如加強(qiáng)筋、凸起和皂化膜配置)。
同樣，本發(fā)明的目的也包括提供一種能以快速和高效的方式處理大型FE結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和考慮大量設(shè)計(jì)參數(shù)的方法。
此外，本發(fā)明的目的也包括提供一種能用不同的減震層和幾何表面配置快速模擬和更新所述有限元模型的方法。通過以下步驟可以實(shí)現(xiàn)這一目的-定義將進(jìn)行減震處理的區(qū)域。
-定義可以進(jìn)行形狀修改的表面和識(shí)別所述形狀改變的幾何配置的主要尺寸(例如，加強(qiáng)筋突出的長、寬和高)。
-定義所述減震配置的每一塊區(qū)域和溫度條件，通過Emerald計(jì)算等效材料特性。
-自動(dòng)地用對(duì)應(yīng)的計(jì)算的等效材料特性更新FE模型的每個(gè)面板/區(qū)域。
-自動(dòng)地用對(duì)應(yīng)的形狀配置修改更新每個(gè)表面。
本發(fā)明的一種或多種方法允許對(duì)FE部件的振動(dòng)性能進(jìn)行優(yōu)化。通過以下步驟可以實(shí)現(xiàn)這一目的-定義負(fù)載條件。
-定義遍布面板/結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是所述優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)的一部分。
-通過FE動(dòng)態(tài)求解方法計(jì)算部件/車輛表面上的“參考減震處理配置和形狀配置”的動(dòng)態(tài)性能。
-對(duì)所述參考配置進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果是幾種不同的量處理配置固有的特性(重量、成本等等)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)平均值、結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳遞函數(shù)?？梢詫⑦@些量作為優(yōu)化目標(biāo)/約束。
-定性地分析由所述優(yōu)化算法求出的每一種配置相對(duì)于參考配置取得的改善。
本發(fā)明的一種或多種方法允許對(duì)部件的聲學(xué)性能(SPL、p/F)進(jìn)行優(yōu)化。通過以下步驟可以實(shí)現(xiàn)這一目的-定義負(fù)載條件-定義遍布面板/結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是所述優(yōu)化算法的目標(biāo)函數(shù)的一部分。
-通過FE動(dòng)態(tài)求解方法計(jì)算部件/車輛表面上的“參考減震處理配置和形狀配置”的動(dòng)態(tài)性能，并得到了頻率響應(yīng)函數(shù)。
-定義要計(jì)算的聲學(xué)量的各點(diǎn)-除對(duì)所述“參考減震處理配置和形狀配置”進(jìn)行結(jié)構(gòu)和聲學(xué)性能計(jì)算(通過有限元或邊界元方法)以外，構(gòu)建聲學(xué)網(wǎng)格，同時(shí)將結(jié)構(gòu)的FRF和聲學(xué)的FRF進(jìn)行耦合。
-對(duì)所述參考配置進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果是幾種不同的量處理配置固有的特性(重量、成本等等)、結(jié)構(gòu)響應(yīng)平均值、結(jié)構(gòu)響應(yīng)傳遞函數(shù)。可以將這些量作為優(yōu)化目標(biāo)/約束。
-定性地分析由所述優(yōu)化算法求出的每一種配置相對(duì)于參考配置取得的改善。
一方面，本發(fā)明是一種新方法，該方法增加了在用于NVH目的的結(jié)構(gòu)面板的減震處理配置和幾何形狀配置優(yōu)化中考慮的設(shè)計(jì)變量的復(fù)雜程度和數(shù)目。
所述設(shè)計(jì)變量可以是-遍布結(jié)構(gòu)表面的減震襯墊的多個(gè)位置-幾種不同的減震/面板材料-每種減震/面板材料的不同厚度值-結(jié)構(gòu)表面的形狀修改的多個(gè)位置-每種形狀修改的主要尺寸通過應(yīng)用遺傳算法，可以對(duì)大量變量進(jìn)行處理。該算法包括能用新的結(jié)構(gòu)形狀和減震配置對(duì)FE模型進(jìn)行更新的程序，并且，一旦規(guī)定所述算法的優(yōu)化策略，用戶便能在不同量的基礎(chǔ)上選擇和定制幾種不同的目標(biāo)函數(shù)類型。這些量可以是NVH響應(yīng)和/或配置的固有特性(重量、成本等等)?？梢詫⑦@些量中的每一個(gè)量單獨(dú)地視為“參考減震處理配置和形狀配置”的數(shù)值目標(biāo)或約束。另外，根據(jù)用戶需要，可以將它們之中的兩個(gè)或更多個(gè)量根據(jù)不同的重要程度進(jìn)行組合。這表明，可以將不同的量進(jìn)行組合，并且，可以為它們之中的每一個(gè)給定一個(gè)作為目標(biāo)/約束的、相對(duì)于其他量的定義的優(yōu)先級(jí)和/或定義的指定值和/或范圍。為了能進(jìn)行這種操作，用戶必須進(jìn)行以下準(zhǔn)備步驟-定義負(fù)載條件-定義可能應(yīng)用減震處理材料的區(qū)(稱為“片區(qū)”)。
-定義可由所述算法進(jìn)行優(yōu)化的、可能的面板處理配置。
-定義結(jié)構(gòu)表面上的可進(jìn)行形狀修改的區(qū)域。
-定義在優(yōu)化過程中所述算法可以應(yīng)用的每種可能的形狀修改的主要尺寸范圍。
-計(jì)算所有等效材料特性、可能處理配置的每種組合和每種面板結(jié)構(gòu)的厚度與溫度(通過Emerald方法)。
-定義和計(jì)算所述模型的“參考配置”，對(duì)于該模型，關(guān)心的是其減震處理配置和其表面形狀配置。
此處提及的方法“MSC Nastran”是一種著名的、可買到的軟件，該軟件屬于有限元離散化方法的范疇。該方法依賴于幾何域的離散化；它建立了一些矩陣(用于硬度、質(zhì)量和減震)，這些矩陣描述了各點(diǎn)(節(jié)點(diǎn))之間的關(guān)系，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，并且，該方法以數(shù)值的方式包括了頻域的波動(dòng)方程。存在大量的涉及這種數(shù)值方法的理論和實(shí)際方面的出版物，如H.Kardestuncer，D.H.Norrie的“有限元手冊(cè)”(Finite Element Handbook，McGraw-Hill BookCompany)、MCS軟件，Nastran快速參考指南。
此處提及的EMERALD(用于分層減震的改進(jìn)和分配的等效材料計(jì)算)方法是一種著名的數(shù)值工具，其目的是準(zhǔn)確地在有限元體結(jié)構(gòu)(如車身)中表示減震材料。根據(jù)該方法，將所述結(jié)構(gòu)的經(jīng)過處理的區(qū)域表示成一種想象的等效材料，該材料由一組機(jī)械特性而不是由用于暴露部分的純粹的鋼特性來描述。應(yīng)當(dāng)將“等效材料”理解成一種具有與所述用于給定的變形類型的、真實(shí)的各向異性多層材料相同的特性的假想均質(zhì)材料。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)是顯而易見的。GOLD是申請(qǐng)人開發(fā)的一種新的優(yōu)化工具，該工具基于遺傳算法且能有效地預(yù)測用材料、厚度和局部減震分布表示的車身面板的優(yōu)化減震組。GOLD允許對(duì)非常大的求解域進(jìn)行高效的搜索，并且，即使在整車計(jì)算中，也能考慮大量的變量(金屬板和減震處理配置類型、厚度、溫度和分布)。在從簡單的板到整車應(yīng)用的不同的測試案例中，已對(duì)GOLD進(jìn)行了成功的測試。由于GOLD具有廣泛的算法選擇和定制方面的功能，因此它允許根據(jù)用戶的具體需求定義多種優(yōu)化策略(重量的減輕、振動(dòng)的減弱、聲學(xué)性能的改善、對(duì)具體頻率范圍而言的改善等等)。GOLD具有開放的架構(gòu)，這使得它易于修改，并能與任何模擬方法相連。例如，它與所有的MSC Nastran特征，具體來說是子結(jié)構(gòu)技術(shù)(超級(jí)單元)和模態(tài)疊加計(jì)算兼容。
通過FE模擬，GOLD在車輛減震組的設(shè)計(jì)過程中輔助實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。它基于遺傳算法，而后者被認(rèn)為是用以處理具有巨量變量(可能非連續(xù))的復(fù)雜優(yōu)化問題的威力最為強(qiáng)大的方法。所述優(yōu)化是在一連串連續(xù)的迭代中進(jìn)行的。在每一次迭代中，求解了一組解，并且基于給出的特定約束，如較弱的振動(dòng)、重量較輕、較低的SPL，從該組解中選出了最優(yōu)解。每次進(jìn)行一次新的迭代時(shí)，種群便朝著更好的方向進(jìn)行進(jìn)化。在選擇過程中保留了最優(yōu)解，并且，可以用它們產(chǎn)生新的解，同時(shí)，丟棄了最差的解，并用新的解將其代替。整個(gè)迭代和產(chǎn)生過程是自動(dòng)進(jìn)行的，并由嵌入在用Matlab軟件包寫成的GOLD軟件之中的特殊算子進(jìn)行控制。
通過用簡單的接口命令直接預(yù)設(shè)優(yōu)化約束，用戶可以自由地對(duì)減震組優(yōu)化進(jìn)行定制。用戶也可以通過可視的控制面板監(jiān)視優(yōu)化過程，其中，在所述面板上以實(shí)時(shí)的方式顯示了逐次迭代中優(yōu)化流程的狀態(tài)。GOLD的一個(gè)主要特征在于，輸入變量的數(shù)目可以很大。用戶可以考慮許多種不同的材料、金屬與減震配置的分布和厚度以及減震組中的不同溫度區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種用于在車輛的結(jié)構(gòu)體部件內(nèi)，特別是在結(jié)構(gòu)體框架內(nèi)確定優(yōu)化的減震處理配置的優(yōu)化和模擬CAE方法，包括以下輸入步驟來創(chuàng)建輸入變量-產(chǎn)生在其上要進(jìn)行減震優(yōu)化的車身的有限元(FE)結(jié)構(gòu)模型；-定義多個(gè)(N)可能的減震處理配置，并確定其材料特性數(shù)據(jù)和車身材料特性數(shù)據(jù)；-和進(jìn)一步包括以下計(jì)算步驟-將遺傳算法應(yīng)用于以上輸入變量，該算法通過以下步驟執(zhí)行選擇迭代-a)從輸入變量中(用二進(jìn)制字符串表示的等效材料減震特性、空間分布、厚度、重量等等)產(chǎn)生一組個(gè)體(用二進(jìn)制字符串編碼的減震組/處理配置)；-b)通過遺傳統(tǒng)計(jì)算子對(duì)從該組個(gè)體中隨機(jī)選出的個(gè)體/基因進(jìn)行變異(個(gè)體的位的改變)和/或交叉(位序列的交換)，來產(chǎn)生新一代的個(gè)體/基因；-c)根據(jù)定義的目標(biāo)函數(shù)(OF)，即計(jì)算預(yù)先確定的適應(yīng)度/優(yōu)先級(jí)標(biāo)準(zhǔn)/預(yù)先確定的目標(biāo)(較輕的重量、較弱的振動(dòng)、較低的聲壓級(jí)、較低的成本等等/目標(biāo)函數(shù))，選擇所述新的代中的每一個(gè)個(gè)體；-d)將個(gè)體的變異和/或交叉的概率與它們關(guān)于目標(biāo)函數(shù)的性能進(jìn)行關(guān)聯(lián)；-e)通過遺傳統(tǒng)計(jì)算子對(duì)這些關(guān)聯(lián)了概率的個(gè)體進(jìn)行變異和/或交叉，以產(chǎn)生新一代個(gè)體；-f)重復(fù)步驟c)、d)和e)，直到OF相對(duì)于已進(jìn)行的代運(yùn)算數(shù)的斜率實(shí)現(xiàn)預(yù)定的變平為止，而這導(dǎo)致了一組優(yōu)化的減震配置，所述方法的特征在于，該方法還包括以下輸入步驟來創(chuàng)建輸入變量-產(chǎn)生車身的另外的有限元(FE)結(jié)構(gòu)模型，該模型包括儀表板、底板或管道之類的車身結(jié)構(gòu)框和/或面板，在這些框和面板上將進(jìn)行減震優(yōu)化，并且，當(dāng)要求采用聲學(xué)的目標(biāo)/SPL時(shí)，產(chǎn)生乘客室的邊界元(BE)模型；-定義潛在承受可能的處理的減震片區(qū)；-通過不引入處理配置，來定義多個(gè)(N)可能的減震處理配置；且該方法還包括以下計(jì)算步驟-通過多層模擬，如通過EMERALD，從用于所述多個(gè)可能的減震處理配置與車身面板參數(shù)包括所有涉及的材料的溫度和頻率的相依性的任何組合這些材料的特性中，計(jì)算出等效材料減震特性，特別是總厚度、重量、孔隙率、抗彎剛度、抗拉剛度、彎曲損耗系數(shù)、拉伸損耗系數(shù)、粘彈性和溫度等等；-為了計(jì)算頻域內(nèi)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，運(yùn)行用于參考配置的NASTRAN之類的FEM模擬，即有限元模型模擬(特別是通過使用NVH響應(yīng)傳遞函數(shù)來進(jìn)行)，所述動(dòng)態(tài)響應(yīng)尤其是關(guān)于激勵(lì)、構(gòu)造/結(jié)構(gòu)和所使用材料的要進(jìn)行減震優(yōu)化的車輛的振動(dòng)性能。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，它還涉及車輛的結(jié)構(gòu)體部件內(nèi)的面板形狀配置，特別是涉及確定承受結(jié)構(gòu)載荷的結(jié)構(gòu)面板內(nèi)的優(yōu)化的面板形狀配置，即確定在預(yù)定的負(fù)載條件下，車身面板的優(yōu)化的幾何形狀配置，所述方法還包括以下步驟-定義將應(yīng)用減震處理配置的區(qū)域；-定義可以進(jìn)行形狀修改的表面和識(shí)別所述形狀變化的幾何配置的主要尺寸；-定義減震配置的每個(gè)區(qū)域和溫度條件，并通過Emerald計(jì)算所述等效材料特性；-自動(dòng)用對(duì)應(yīng)的計(jì)算出的等效材料特性更新FE模型的每個(gè)面板/區(qū)域-自動(dòng)用對(duì)應(yīng)的形狀配置修改更新每個(gè)表面。
3.如權(quán)利要求1或2中之一所述的方法，其特征在于這種方法還包括定義用重量和噪聲、振動(dòng)和不平順性(NVH)性能，特別是用振動(dòng)和聲壓定義附加的約束或目標(biāo)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明針對(duì)一種從聲學(xué)性能著眼的、用于車身結(jié)構(gòu)部件的減震處理和面板形狀配置的優(yōu)化方法。這種新型的優(yōu)化工具基于遺傳算法，并能夠在不使用用于確定振動(dòng)響應(yīng)的試驗(yàn)方法的情況下，有效地預(yù)測以材料、厚度和局部振動(dòng)分布表示的關(guān)于車身面板的最優(yōu)減震組。本發(fā)明允許對(duì)非常大的求解域進(jìn)行高效的搜索，并且，即使在整車計(jì)算中，也能考慮大量變量(金屬板和減震處理配置類型、形狀、厚度、溫度和分布)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)化方法具有開放構(gòu)造，這使得它易于修改，并能與任何模擬技術(shù)進(jìn)行連接。
文檔編號(hào)G06F17/50GK1867919SQ200480029787
公開日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2004年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者D·卡普里奧利, J·R·阿爾奎斯特 申請(qǐng)人:里特技術(shù)股份公司