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Altair2019技术大会论文集

基于多目标优化的车门结构轻量化设计

LightweightDesignofDoorStructureBasedonMulti-objectiveOptimization

侯振方

1,2，胡海欧2，霍俊焱

2

1宁波大学，2中国汽车技术研究中心有限公司

摘要：本文提出一种多目标优化的车门结构轻量化设计方法。以HyperStudy为优化平

台，板件厚度以及形状变量为设计变量,车门质量、垂向刚度（本文用垂向位移代替）为优

化目标，一阶模态为约束，通过Hammersley试验设计方法进行样本数据设计，使用Kriging

模型拟合垂向刚度、一阶模态以及车门质量的近似模型，利用多目标遗传算法进行优化求

解，最终优化在车门质量减少2.11kg的情况下，一阶频率以及垂向刚度达到要求。

关键词：刚度，轻量化，形状变量，多目标优化，HyperStudy

Abstract：Thispaperproposesamulti-objectiveoptimizedlightweightdesignmethodforhe

doorstructure.Takingthethicknessoftheplateandshapevariableasthedesignvariables,the

doormassandverticalstiffnessaretheoptimizationtargets,thefirst-ordermodeistheconstraint,

theHammersleytestdesignmethodisusedtodesignthesampledata,andtheverticalstiffness

andthefirstorderarefittedusingtheKrigingmdel.Approximatemodelofmodalanddoorquality,

multi-objectivegeneticalgorithmisusedformulti-objectiveoptimization.Finally,thefirst-order

frequencyanderticalstiffnsmeettherequirementswhenthedoorqualityisreducedby2.11kg.

Keywrds:stiffness,lightweight,shapevariable,multi-objectiveoptimization,HyperStudy

引言

车门作为整车的重要组成部分，因其在使用过程中频繁开启与关闭，成为汽车研发设计中受到

重点关注的部位，考虑到现代汽车工业发展的三大主题：安全、节能和环保，轻量化已成为国内外

研究的重要内容，对车门进行多目标优化能很好的解决轻量化与车门各项性能之间的矛盾[1]。

相关文献有关车门的研究常常基于1种工况，设定1个优化目标对车门进行优化，设计变量只

有板件的厚度，但是在实际工程中要将多个工况的设计指标综合在一起进行优化，基于以上问题，

本文同时将车门垂直刚度以及车门质量作为优化目标，一阶模态为约束，将板件厚度和形状变量作

为设计变量，对车门进行多目标优化。

1车门有限元分析

建立车门有限元模型，用acm单元模拟点焊，螺栓连接通过rbe2单元来模拟，整个模型共有

47685个单元，节点数为47971，单元尺寸为8mm×8mm，各个板件采用壳单元进行模拟，车门总质量

为20.89kg，共包括21个主要零件，有限元模型如图1。

1

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将建好的车门有限元模型施加以下工况并计算，其中：

车门垂向刚度工况：垂向刚度直接影响到车门与侧围之间的间隙大小，是衡量车门刚度工况的

重要指标之一，反映了车门抵抗自身重力和铅垂方向载荷的变形能力

[2]。其工况设置如图2所示，

图中F为在锁芯处加载的力。

车门铰链处的自由度全约束，并且在门锁处约束第2个自由度(y向)，在锁芯处施加-Z向800N

集中力，评价指标为加载点的Z向变形绝对值.因刚度与位移是线性关系，本文以垂向位移R代替刚

度，f和M分别代表车门一阶频率以及车门质量。计算得出R、f、M值分别为-5.58mm、26.5Hz、20.89kg。

F

图1车门有限元模型图2车门垂向刚度工况

2车门结构多目标优化设计

2.1优化方法流程

首先要确定优化的问题，选取设计变量及其取值范围，优化目标以及