汽車結(jié)構(gòu)中的復(fù)合材料能夠極大地提升汽車的防碰撞性能。使用先進(jìn)復(fù)合材料設(shè)計汽車的防碰撞復(fù)合結(jié)構(gòu)仍然具有挑戰(zhàn)性。提出了一種新穎的設(shè)計策略，將疊層復(fù)合材料用于汽車防撞性設(shè)計中。引進(jìn)計算物理量替代效率（CEPS）來預(yù)測設(shè)計結(jié)構(gòu)的有效性，同時對設(shè)計空間進(jìn)行篩選。引進(jìn)一種使用Sobol技術(shù)的分解方法，得到設(shè)計參數(shù)的重要性分級方法。為了提高系統(tǒng)魯棒性，使用物理量替代來獲得設(shè)計參數(shù)的邊界條件。開發(fā)典型的S-rail結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)檢查程序，用于驗證所提方法的有效性。

對于碰撞工況，提出了一種降低增強(qiáng)型碳纖維復(fù)合材料（CFRP）復(fù)合結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的方法。該方法分別從設(shè)計參數(shù)和材料特性兩方面來降低結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。開發(fā)了物理量替代模型（PSM）來估算極限狀態(tài)方程（LSF）。在第1階段中，通過分級設(shè)計參數(shù)，減少設(shè)計參數(shù)數(shù)量，降低材料的復(fù)雜性，同時提高設(shè)計效率。在第2個階段中，求解空間辨識（SSI）方法用于確定理想的求解空間，對每個設(shè)計樣品，使用這種新穎的設(shè)計流程自動生成顯式和隱式的數(shù)值仿真結(jié)果。通過試驗設(shè)計方法，隨后能夠生成表面響應(yīng)模型（RSM），不再需要額外的工程投入。

將提出的方法在復(fù)雜S-rail結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測試。S-rail結(jié)構(gòu)具有不穩(wěn)定的缺陷，形成了大量的設(shè)計空間，保證了該材料特性。在對求解空間影響非常小的情況下，該方法成功地將設(shè)計參數(shù)由26個減少至8個，將合格的碰撞性S-rail結(jié)構(gòu)設(shè)計比例由28.9%提高到85.5%。通過使用基于PSM技術(shù)的SSI方法，能夠削減設(shè)計空間，有助于縮短早期開發(fā)時間。

刊名：Composite Structures（英）

刊期：2015年第129期

作者：S.H. Hesse et al

編譯：何云廷