外文翻译--汽车前部结构与乘员约束系统的防撞性优化设计（译文）

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1、 C1 中文 6389 字 出处： AIAA. Optimum Design of Vehicle Frontal Structure and Occupant Restraint System for Crashworthiness : A Multilevel Approach Using SDSSJ. Jsme International Journal, 2001, 44(4):594-601. 附件 C：译文 汽车前部结构与乘员约束系统的防撞性优化设计 摘要 ： CAE工具已经广泛 应用于汽车碰撞安全性设计中，虽然它们还没有满足汽车的优化设计。作者已提出一种统计设计支持系统，并发现统

2、计设计支持系统 SDSS是一种解决非线性动力学问题的可用的优化方法。这个系统是一种基于响应曲面法和 试验 设计的综合性优化设计方法。在本研究中，介绍了一种采用统计设计支持系统的多级优化方法。这种方法对大规模的多级、多学科的优化设计问题很适用，同时解决了汽车的前部结构与乘员约束系统防撞性的优化设计问题。结果显示，可以通过采用这种新的方法得到成功而有效率的汽车前部结构与乘员约束系统的协同优化。 关键字 ： 有限元方法，非 线性问题，优化设计，防撞性，前部结构，乘员约束系统，安全性，统计设计支持系统 1. 引言 如今，为了评估汽车的安全性能和减少其发生碰撞后对乘员的伤害，汽车碰撞仿真已经广泛用于汽车

3、发展的各种发展和设计阶段。但是，由于汽车碰撞仿真通常需要大量的计算时间，从而使将早先的优化仿真用于汽车安全性设计变得不太现实。作者提出了一种基于实验设计与响应曲面法的综合设计方法 统计设计支持系统。在统计设计支持系统中，利用在实验设计中使用的正交矩阵 ， 可以使在数量上评价适当的设计空间内的目标函数的设计 因素 性能的效率成为可能。 通过发现，统计设计支持系统 SDSS对汽车碰撞的非线性动力学问题的优化设计即可用又有效。 在传统的汽车设计中，加强型的汽车结构 部件被设计用于减轻结构的重量，同时能保护乘员舱内乘员的生存空间。 与结构设计的目的相对应 ， 乘员约束系统的设计 目的是减少乘员伤害。也

4、就是说，汽车结构和乘员约束系统的设计两者是分开的，因为汽车结构和乘员约束系统的设计是一种 典型的 多学科（或多级）问题，尽管在每个系统之间存在平衡关系。然而进行它们之间的协同综合设计是非常重要的。本研究的目的是提出一种采用统计设计支持系统的新方法，用于像汽车 安全性设计那样的多学科设计。 在本次研究中，为了解决此类多学科问题，作者提出了一种新的多级方法，它 C2 介绍了在统计设计支持系统中协同 优化 的基本内容。在这种新方法中，每个设计规则作为一个子集，整个系统是由通过接触面函数联系起来的子集构成。这是一种比较熟悉的 协同 分析方法。众所周知，这种方法的优势为：（ 1）减少父集中响应面的尺寸。

5、（ 2）在每个集合中允许平行响应曲面分析。 (3)简化了父集和子集的优化分析。通过使用这种方法，汽车前部和乘员舱结构的加强型部件和乘员约束系统的优化设计能够使结构轻量化和乘员安全性达到一个 很好的平衡，此时加强型部件作为一个子集，而乘员约束系统是作为另一个子集。这里，乘员座椅下部的减速度曲线将用作为两个子集间的接触面函数。首先，通过统计设计支持系统研究一系列 典型的 乘员损伤减速度波形的有效性。其次，在此基础上，将加强型部件的优化设计约束条件作为一个合适的接触面函数子集。最后，约束系统的优化设计通过使用从加强型部件的优化设计中获得的减速度波形进行的。 这种成功的方法确定了统计设计支持系统用于像

6、汽车碰撞这样的大规模非线性、多学科问题的效率性和正确性。 2. 统计设计支持系统 统计设计支持系统是由几个 函数组成的：有效性分析、再分析，离散评估、强度分析和可靠性评价。系统的基本内容是有效性分析，在这里，目标函数设计 因素 的影响是在数量上通过结构设计和实验设计（正交矩阵设计）相结合来评价的。在结构分析结果变化的基础上，目标函数与设计变量之间的相互关系由一些简单的 估算表达式 （响应面）提供。所有的后处理例如优化都是 通过估算表达式 进行的。由于结构分析与系统中其他函数是分开的，非线性问题的优化可以在没有任何 CAE环境下进行。 3. 多级方法 由于讨论的物理问题可以通过统计设计支持系统转换成简单的数学表达 式 ，从而 很容易将任何协同优化算法引进这个系统进行像汽车碰撞这样的大规模多学科的优化。 C3 图 1 相应面表达式 图 2 优化结构树 图 1 和图 2 显示了使用统计设计系统提出的多级方法。由于系统是分割成一些子集的，各子集是通过父集内的接触面函数联系在一起的，每个子集相应面的平行发展是通过使用统计设计支持系统