本發(fā)明涉及汽車安全，具體涉及一種基于多姿態(tài)模擬的汽車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
1、隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車安全性能的要求日益提高，汽車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)已成為汽車研發(fā)的核心環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)汽車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)多基于單一碰撞姿態(tài)（如正面碰撞、側(cè)面碰撞、翻滾等）開(kāi)展仿真分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)依據(jù)主要來(lái)源于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)要求的單一姿態(tài)測(cè)試。然而，真實(shí)交通事故中，汽車往往面臨的是復(fù)合姿態(tài)碰撞（如側(cè)面碰撞引發(fā)車身扭轉(zhuǎn)、斜向碰撞伴隨翻滾等），不同姿態(tài)的載荷會(huì)形成耦合效應(yīng)，導(dǎo)致汽車結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部應(yīng)力集中、傳遞盲區(qū)等失效問(wèn)題，使得傳統(tǒng)設(shè)計(jì)在單一姿態(tài)測(cè)試中達(dá)標(biāo)，但在實(shí)際復(fù)合姿態(tài)事故中仍存在安全隱患。
2、盡管現(xiàn)有技術(shù)中已開(kāi)始嘗試引入復(fù)合姿態(tài)仿真，但仍存在諸多不足：一是缺乏對(duì)復(fù)合姿態(tài)的系統(tǒng)性構(gòu)建，未基于真實(shí)事故數(shù)據(jù)篩選高風(fēng)險(xiǎn)復(fù)合姿態(tài)，導(dǎo)致仿真場(chǎng)景與實(shí)際脫節(jié)；二是未建立科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)量化與優(yōu)先級(jí)評(píng)估體系，仿真資源分配無(wú)序，難以聚焦核心安全隱患；三是對(duì)復(fù)合姿態(tài)下的失效類型識(shí)別不精準(zhǔn)，無(wú)法區(qū)分已知風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)與隱性傳遞節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化方案缺乏針對(duì)性；四是現(xiàn)有設(shè)計(jì)流程中，由于復(fù)合姿態(tài)模擬的精準(zhǔn)度不足，設(shè)計(jì)缺陷往往在后期試驗(yàn)階段才暴露，需要通過(guò)頻繁的計(jì)算機(jī)和輔助設(shè)備修理來(lái)調(diào)整仿真模型、優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，不僅增加了研發(fā)成本，還延長(zhǎng)了研發(fā)周期。
3、為此，本發(fā)明提供一種基于多姿態(tài)模擬的汽車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于多姿態(tài)模擬的汽車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)方法，以解決上述背景問(wèn)題。
2、本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于多姿態(tài)模擬的汽車結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
3、構(gòu)建汽車復(fù)合姿態(tài)，并對(duì)汽車復(fù)合姿態(tài)中各單一姿態(tài)的載荷傳遞路徑進(jìn)行重疊分析，識(shí)別多載荷方向節(jié)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算多載荷方向節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力冗余度篩選失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，判斷是否存在多路徑載荷耦合失效風(fēng)險(xiǎn)；
4、若存在，根據(jù)失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)程度以及復(fù)合姿態(tài)的歷史發(fā)生率計(jì)算復(fù)合姿態(tài)的模擬優(yōu)先級(jí)，模擬優(yōu)先級(jí)對(duì)復(fù)合姿態(tài)進(jìn)行模擬，定位應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)與應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)的重疊分析，劃分應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型；
5、對(duì)應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)在各復(fù)合姿態(tài)中的超標(biāo)占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷各節(jié)點(diǎn)優(yōu)化類型為結(jié)構(gòu)優(yōu)化還是路徑優(yōu)化，若為結(jié)構(gòu)優(yōu)化，計(jì)算最大應(yīng)力超標(biāo)度并針對(duì)性實(shí)施結(jié)構(gòu)強(qiáng)化；
6、若節(jié)點(diǎn)優(yōu)化類型為路徑優(yōu)化，根據(jù)應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型對(duì)載荷傳遞路徑進(jìn)行差異化調(diào)整。
7、進(jìn)一步的，所述多載荷方向節(jié)點(diǎn)的識(shí)別方式為：
8、在汽車姿態(tài)庫(kù)中篩選存在附加姿態(tài)的單一姿態(tài)，即汽車在發(fā)生該姿態(tài)時(shí)會(huì)導(dǎo)致附加姿態(tài)的發(fā)生，將導(dǎo)致附加姿態(tài)發(fā)生的姿態(tài)標(biāo)記為主姿態(tài)，將主姿態(tài)和附加姿態(tài)標(biāo)記為一個(gè)復(fù)合姿態(tài)；
9、對(duì)于任意一個(gè)復(fù)合姿態(tài)：
10、提取復(fù)合姿態(tài)中各單一姿態(tài)的載荷傳遞路徑，并標(biāo)記載荷傳遞路徑上的汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)；
11、統(tǒng)計(jì)每個(gè)汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的載荷方向數(shù)，若汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的載荷方向數(shù)量大于等于2，則將汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為多載荷方向節(jié)點(diǎn)。
12、進(jìn)一步的，所述是否存在多路徑載荷耦合失效風(fēng)險(xiǎn)的判斷方式為：
13、獲取各多載荷方向節(jié)點(diǎn)在復(fù)合姿態(tài)下的最大應(yīng)力值，對(duì)于任意一個(gè)多載荷方向節(jié)點(diǎn)：
14、計(jì)算多載荷方向節(jié)點(diǎn)的最大單一姿態(tài)應(yīng)力占比，公式為：多載荷方向節(jié)點(diǎn)在所有單一姿態(tài)中出現(xiàn)的最大應(yīng)力值/節(jié)點(diǎn)材料的許用應(yīng)力，其中，節(jié)點(diǎn)材料的許用應(yīng)力為材料不發(fā)生塑性變形的最大應(yīng)力限值；
15、計(jì)算應(yīng)力冗余度，公式為：應(yīng)力冗余度=1-單一姿態(tài)最大應(yīng)力值/材料許用應(yīng)力；
16、若應(yīng)力冗余度滿足要求，則將多載荷方向節(jié)點(diǎn)標(biāo)記為失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，存在多路徑載荷耦合失效風(fēng)險(xiǎn)。
17、進(jìn)一步的，所述模擬優(yōu)先級(jí)的計(jì)算方式為：
18、對(duì)于任意一個(gè)失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算載荷方向數(shù)量與最大應(yīng)力占比的乘積，得到風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；
19、對(duì)于任意一個(gè)復(fù)合姿態(tài)：
20、提取其包含的所有失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，計(jì)算最大風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)值與平均風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)值的和，得到節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)匯總值；
21、統(tǒng)計(jì)復(fù)合姿態(tài)的歷史事故發(fā)生次數(shù)在總事故發(fā)生次數(shù)中的比例，得到歷史事故發(fā)生率；
22、將節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)匯總值歸一化后與歷史事故發(fā)生率相加得到復(fù)合姿態(tài)的優(yōu)先級(jí)指數(shù)；
23、將復(fù)合姿態(tài)按優(yōu)先級(jí)指數(shù)降序排列，得到復(fù)合姿態(tài)的模擬優(yōu)先級(jí)。
24、進(jìn)一步的，所述應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)的定位過(guò)程為：
25、獲取各復(fù)合姿態(tài)的主姿態(tài)發(fā)生時(shí)刻-附加姿態(tài)發(fā)生時(shí)刻的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)間差；
26、對(duì)于任意一個(gè)復(fù)合姿態(tài)，計(jì)算復(fù)合姿態(tài)歷史發(fā)生時(shí)間差的變異系數(shù)，若變異系數(shù)滿足要求，計(jì)算均值作為輸入時(shí)間差，反之則取最小值作為輸入時(shí)間差；
27、在復(fù)合姿態(tài)下進(jìn)行模擬，按單一姿態(tài)的載荷幅值，疊加主、附加姿態(tài)載荷，按各復(fù)合姿態(tài)的施加順序和時(shí)間差設(shè)置載荷加載時(shí)序，輸出復(fù)合姿態(tài)下的載荷傳遞路徑圖譜；
28、對(duì)于任意一個(gè)汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，若汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值≥材料許用應(yīng)力，則為應(yīng)力超標(biāo)區(qū)。
29、進(jìn)一步的，所述應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型的劃分方式為：
30、若應(yīng)力超標(biāo)區(qū)為失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，將應(yīng)力超標(biāo)區(qū)標(biāo)記為已知風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)；
31、若應(yīng)力超標(biāo)區(qū)為復(fù)合姿態(tài)下新增應(yīng)力超標(biāo)區(qū)，則為隱性傳遞節(jié)點(diǎn)；
32、對(duì)隱性傳遞節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步細(xì)分，在載荷路徑圖譜中：
33、若存在載荷輸入，但無(wú)預(yù)設(shè)的載荷輸出路徑，即該節(jié)點(diǎn)未連接任何主傳力結(jié)構(gòu)或連接結(jié)構(gòu)，未形成傳力鏈，則為路徑缺失型；
34、若存在兩條及以上獨(dú)立的載荷輸入路徑，且這些載荷輸入路徑在單一姿態(tài)下不交匯，在復(fù)合姿態(tài)下匯聚于隱性傳遞節(jié)點(diǎn)，隱性傳遞節(jié)點(diǎn)成為兩條力流的唯一交匯點(diǎn)，則為應(yīng)力疊加型。
35、進(jìn)一步的，所述各節(jié)點(diǎn)優(yōu)化類型的判斷方式為：
36、對(duì)于任意一個(gè)汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)：
37、計(jì)算汽車結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)在所有復(fù)合姿態(tài)中為應(yīng)力超標(biāo)區(qū)的次數(shù)與復(fù)合姿態(tài)總數(shù)的比例，得到超標(biāo)占比；
38、若超標(biāo)占比滿足要求，節(jié)點(diǎn)優(yōu)化類型為結(jié)構(gòu)優(yōu)化，反之則為路徑優(yōu)化。
39、進(jìn)一步的，所述計(jì)算最大應(yīng)力超標(biāo)度進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過(guò)程為：
40、對(duì)于任意一個(gè)絕對(duì)超標(biāo)節(jié)點(diǎn)：
41、計(jì)算節(jié)點(diǎn)在所有復(fù)合姿態(tài)中的最大超標(biāo)應(yīng)力相對(duì)許用應(yīng)力的比例，得到最大應(yīng)力超標(biāo)度；
42、根據(jù)節(jié)點(diǎn)超標(biāo)維度匹配最大應(yīng)力超標(biāo)度進(jìn)行強(qiáng)化，具體強(qiáng)化措施包括結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料升級(jí)和連接強(qiáng)化。
43、進(jìn)一步的，所述根據(jù)應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型對(duì)載荷傳遞路徑進(jìn)行差異化調(diào)整的過(guò)程為：
44、若超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型為已知風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，基于復(fù)合姿態(tài)載荷路徑圖譜，明確匯入該節(jié)點(diǎn)的載荷來(lái)源、原傳遞路徑及交匯方式；
45、具體分流措施包括新增輔助傳力路徑、優(yōu)化路徑走向以及弱化非主路徑載荷。
46、進(jìn)一步的，所述根據(jù)應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型對(duì)載荷傳遞路徑進(jìn)行差異化調(diào)整的過(guò)程還為：
47、若超標(biāo)節(jié)點(diǎn)類型為隱性傳遞節(jié)點(diǎn)：
48、若隱性傳遞節(jié)點(diǎn)為路徑缺失型，基于復(fù)合姿態(tài)載荷路徑圖譜，明確盲區(qū)的載荷來(lái)源，進(jìn)行路徑補(bǔ)全，具體補(bǔ)全措施包括：新增連接結(jié)構(gòu)、激活潛在路徑以及調(diào)整主路徑覆蓋；
49、若隱性傳遞節(jié)點(diǎn)為應(yīng)力疊加型，基于復(fù)合姿態(tài)載荷路徑圖譜，明確兩條隱性路徑的來(lái)源，進(jìn)行路徑分離，具體分離措施包括：設(shè)計(jì)獨(dú)立主路徑、增設(shè)中間緩沖節(jié)點(diǎn)。
50、本發(fā)明的有益效果如下：
51、通過(guò)主姿態(tài)-附加姿態(tài)的因果關(guān)系構(gòu)建復(fù)合姿態(tài)，結(jié)合載荷路徑重疊分析與應(yīng)力冗余度篩選失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合姿態(tài)下潛在安全隱患的精準(zhǔn)預(yù)判，避免了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中因忽視載荷耦合效應(yīng)導(dǎo)致的單一達(dá)標(biāo)、復(fù)合失效問(wèn)題；
52、基于失效風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)與復(fù)合姿態(tài)歷史發(fā)生率計(jì)算模擬優(yōu)先級(jí)，確保仿真資源優(yōu)先聚焦高風(fēng)險(xiǎn)+高概率?的核心場(chǎng)景，解決了傳統(tǒng)仿真資源無(wú)序分配的問(wèn)題，提升了研發(fā)效率；
53、將應(yīng)力超標(biāo)節(jié)點(diǎn)細(xì)分為已知風(fēng)險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)、路徑缺失型/應(yīng)力疊加型隱性傳遞節(jié)點(diǎn)，結(jié)合超標(biāo)占比區(qū)分絕對(duì)/條件超標(biāo)節(jié)點(diǎn)，實(shí)施結(jié)構(gòu)強(qiáng)化+路徑差異化調(diào)整的優(yōu)化策略，避免了一刀切優(yōu)化導(dǎo)致的過(guò)度設(shè)計(jì)或優(yōu)化不足，平衡了安全性能與輕量化、成本目標(biāo)；
54、通過(guò)精準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、優(yōu)先級(jí)評(píng)估與靶向優(yōu)化，大幅減少了后期因設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的仿真模型調(diào)整、結(jié)構(gòu)參數(shù)修改等工作量，降低了計(jì)算機(jī)和輔助設(shè)備修理的頻次，縮短了研發(fā)周期，降低了研發(fā)成本，具備極強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值；