汽车用先进高强度钢材料参数稳健反求方法研究

摘要

汽车工业的飞速发展带来了日益严重的汽车安全问题。随着计算机硬件技术以及数值仿真技术的发展，汽车碰撞安全性仿真分析在汽车设计中发挥着越来越重要的作用。高强度钢由于其在碰撞安全性和轻量化上的优势，在汽车车身上的应用日益广泛。研究表明，不同类型的先进高强度钢将呈现出不同的应变率效应，材料参数能否正确描述应变率效应直接影响到仿真的精度。因此，如何获取精确的材料参数是保证汽车碰撞仿真结果可靠性的前提。
　　 鉴于目前材料参数反求领域中的直接试验法和数值试验混合法的稳健性不能满足要求，本文拟对这两种方法进行修正，主要开展了以下几方面的研究内容:
　　 (1)通过多工况实验（包括准静态单向拉伸试验、动态单向拉伸试验、霍普金森拉杆试验）获取先进高强度钢的应力应变曲线。为保证实验数据的客观性，对动态单向拉伸试验的应力应变曲线，利用快速傅立叶变换结合反求技术获取最佳滤波频率。
　　 (2)建立了一种基于多工况的材料参数稳健反求方法。该方法的特点在于:在保证反求精度的前提下，考虑实验设计中的不确定性，将实验稳定性作为除实验结果误差外的另一目标函数。为了验证该方法的有效性，采用多目标优化反求方法获取Johnson-Cook模型以及Cowper-Symonds模型的材料参数，并通过落锤和台车试验和仿真对其进行了验证。结果表明该反求方法的结果具有足够的精度和稳健性。基于Matlab GUI平台开发了高强度钢材料参数反求软件AMPI V1.0(软件著作权登记号:2013SR029305)。
　　 (3)建立了一种基于最小二乘支持向量机回归的材料参数稳健反求方法。运用均匀拉丁方试验设计采样和最小二乘支持向量机回归构建近似模型，并结合6σ稳健优化设计，以落锤试验仿真和实验最大位移值、指定区间内采样点对应位移值相对误差作为目标函数，反求出材料参数。并通过台车试验加速度曲线对比图及误差分析计算验证了该方法的可靠性。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 高强度钢概述

1．3 材料参数反求研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 多工况实验数据的获取技术

2．1 引言

2．2 准静态单向拉伸试验及其结果分析

2．2．1 准静态单向拉伸试验

2．2．2 试验结果分析

2．3 动态单向拉伸试验及其结果分析

2．3．1 动态单向拉伸试验

2．3．2 试验结果分析

2．4 霍普金森拉杆试验及其结果分析

2．4．1 霍普金森拉杆试验

2．4．2 试验结果分析

2．5 小结

第3章 基于多工况的材料参数稳健反求方法

3．1 引言

3．2 本构模型

3．3 基于多工况的材料参数稳健反求方法

3．3．1 稳健性设计

3．3．2 多目标优化

3．3．3 基于多工况的材料参数稳健反求方法

3．4 高强度钢材料参数反求实例

3．4．1 DP600的材料参数反求

3．4．2 DP980的材料参数反求

3．5 高强度钢材料参数反求软件

3．6 小结

第4章 材料参数反求实验验证

4．1 引言

4．2 落锤试验验证

4．2．1 落锤试验机

4．2．2 有限元模型

4．2．3 仿真与实验结果对比

4．3 台车试验验证

4．3．1 台车设备

4．3．2 有限元模型

4．3．3 仿真与实验结果对比

4．4 小结

第5章 基于支持向量机回归的材料参数稳健反求方法

5．1 引言

5．2 基于LS-SVR的材料参数稳健反求方法

5．2．1 拉丁方试验设计

5．2．2 最小二乘支持向量机回归

5．2．3 6σ稳健优化设计

5．2．4 基于LS-SVR的材料参数稳健反求方法

5．3 高强度钢材料参数反求实例

5．3．1 Johnson-Cook模型材料参数反求

5．3．2 Cowper-Symonds模型材料参数反求

5．4 小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文