汽车轻量化设计—复习思考题

第6章—汽车轻量化设计—复习思考题

1汽车结构轻量化研究主要分哪四类？

第一类：提出先进的设计理念，发展先进的制造工艺并通过尺寸参数优化而得到新的轻量结构；

第二类：将拓扑优化和形状优化引入到结构轻量化过程中；

第三类：利用硬件优势，大量考虑动态过程(如碰撞、振动过程)中的各种约束，对尺寸参数进行优化而得到轻量结构，主要强调安全性；

第四类：提出和应用新的现代优化算法，并引入到结构轻量化过程中。

2 介绍在汽车制造中应用的常用轻质材料。

3当前与轻量化结构相适应的制造工艺主要有

哪几个方面？

●开发推广内高压成型技术(如图6-1所示)。

●发展管件液压成形技术来制造空心轻体

构件的制造技术。

●金属材料的激光拼焊、半固态金属铸造、

喷射铸造和不同种类材料的焊接、粘接与铆接技

术等新技术。

4优化问题数学模型一般由哪三个要素构成？

用数学模型描述出来。

●三个要素：设计变量、目标函数、约束条件。

●一般数学模型描述为：

求 X = {x1, x2, …xn }T

使 min F(X)

满足 gi (X) ≤ 0, i = 1, 2,…，m

hj (X) = 0, j = 1, 2,…，i

其中，X = {x1, x2, …xn }T为设计变量，gi (X)为不等式约束函数，hj (X)为等式约束函数，F(X)为目标函数。

5设计变量个数的选取原则

●应当慎重地认真地加以研究和推敲，尽量减少设计变量的总数，把那些变化不大的、影响较小的变量作为给定条件或转化为约束条件予以必要的限制和保证。

●但是，对于设计方案有重大影响，关系到系统和过程全局的参数，则无论多少均应以恰当的方式和关系列入函数的表达式，以便真实地反应事物和系统的本质和特点。 6约束条件的分类

●按照物理特点及其作用，可将约束条件分为两种：性能约束和边界约束即区域约束。 ●在机械设计中性能约束多表现为强度、稳定性、振动频率，对机构设计则表现为存在运动、运动条件和运动参数间的关系。

●按照数学形式的不同，约束可以分为等式约束和不等式约束，分别表示为

gi (X) ≤ 0, i = 1, 2,…，m

hj (X) = 0, j = 1, 2,…，i

7怎样辨证设置约束条件？

图6-1 内高压成型技术原理图

●在解决实际工程问题时，对于约束条件的研究极为重要。

●必要的约束条件是要严格遵守的，否则不能得出正确的设计方案来。

●但不必要的过严的约束，会使得寻找可行点非常困难，往往在设计变量较多时，在众多的设计约束条件下寻找优化解很困难，消耗很长的计算机计算时间也得不到理想的结果。 8结构优化通常分哪3类？

尺寸优化、形状优化、拓扑优化

9什么是组合优化？

由于单独进行形状优化对结构的优化效果有限，通常要同时考虑截面尺寸与结构形状的组合优化。这时存在结构尺寸与结构几何形状两类设计变量，它们的解空间存在着尺度上的差异。

10对于组合优化问题，一般有哪两种处理方法？各有什么优缺点？

●一种是同时处理两类变量。

优点：这类方法的优点是可以同时考虑两类变量的耦合效应，

缺点：是设计变量数量多，计算量大。另外形状优化的设计空间可能是非连通的，构造同时优化两类变量的近似问题，求解时有可能无法寻找到全局最优解。

●另一种方法是把尺寸变量与几何变量分成两个设计空间，分别对两类变量交替优化。 优点：是避免两类不同的变量可能产生的数值病态，每步计算规模小，易于求解。 缺点：是该方法对两类变量的耦合关系考虑不足，对优化结果有一定影响。

11最常用的搜索最优解的方法有哪三类？

大致可以归纳为三类：最优准则法、数学规划法、仿生学方法。

12搜索最优解的仿生学方法主要有哪三种？

主要有遗传算法、模拟退火算法、神经网络算法

13写出铝合金在汽车上应用的5个零部件的名称

14写出镁合金在汽车上应用的3个零部件的名称

15写出钛合金在汽车上应用的3个零部件的名称

16写出塑料在汽车上应用的3个零部件的名称