[发明专利]一种基于层次熵-灰色关联法的驾驶室结构优化方法

权利要求书

1.一种基于层次熵-灰色关联法的驾驶室结构优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)模型选择：采用驾驶室隐式参数化模型进行研究，为步骤2)和步骤3)做准备；

2)弯扭刚度试验与仿真分析：驾驶室扭转刚度试验和驾驶室弯曲刚度试验时，利用百分表测得所需响应点的位移，带入刚度计算公式得到驾驶室弯扭刚度，驾驶室刚度仿真分析时，通过HyperMesh添加与试验分析一致的工况，利用OptiStruct求解器求得驾驶室弯扭刚度仿真分析结果，以便后续的模型精度验证；

3)模态试验与仿真分析：采用双激振器进行试验，激振器分别安装在驾驶室右侧纵梁前端和驾驶室左侧纵梁后端，然后采用3向加速度传感器测得120个测点的振动加速度响应，测试结束后，根据振动速度响应计算得到驾驶室低阶固有模态试验分析结果，进行仿真分析时，在HyperMesh中添加模态分析卡片，设置模态频率分析范围，利用OptiStruct求解器计算出低阶固有模态仿真分析结果；

4)模型精度验证：以驾驶室质量为优化目标，将驾驶室质量试验和步骤2)得到的驾驶室弯扭刚度仿真分析结果和步骤3)的得到低阶固有模态仿真分析结果汇总，输入步骤1)的驾驶室隐式参数化模型中，对进行模型精度验证，直至模型误差满足工程要求，将该模型用于驾驶室结构优化；

5)灵敏度分析：对步骤4)精度验证后的模型，结合HyperMesh、HyperMorph分别进行厚度、截面灵敏度分析；厚度灵敏度分析时，使用HyperMesh中Gauge功能设置变量上下限，通过数学方程建立响应与变量的关系，利用OptiStruct求解器完成厚度灵敏度分析；截面灵敏度分析时，使用HyperMorph中morph volumes功能设置截面变形体，使用shape功能定义变形体的变形量，利用OptiStruct求解器完成截面灵敏度分析，进而选出22个厚度、截面变量作为后续优化的设计变量，即驾驶室指标；

6)试验设计：利用灵敏度分析筛选出的设计变量，采用最优拉丁超立方进行试验设计，得到一组样本点；

7)结构优化：利用粒子群优化算法对步骤6)得到的样本点进行优化，得到一组pareto前沿解；

所述的粒子群优化算法，包括如下步骤：

7-1)初始化粒子群i＝1,2,…,m，给予随机的位置x_i和速度v_i；

7-2)评估每个粒子的适应度值f(x)；

7-3)对每个粒子，更新历史最优位置p_i；

7-4)对群体更新历史最优解p_g；

7-5)对所有粒子计算；

7-6)若达到终止条件，则终止，否则转步骤7-2)；

8)层次熵-灰色关联分析法：分别利用层次熵法和灰色关联分析法综合评价驾驶室优化方案，计算出变量与目标之间的灰色关联度，按照灰色关联度数值大小降序排列，结合用户需求筛选出用户期望的最优方案，从步骤7)得到的pareto前沿解中挑选出pareto最优解，即驾驶室各零部件厚度和截面的最佳参数组合。

2.根据权利要求1所述的一种基于层次熵-灰色关联法的驾驶室结构优化方法，其特征在于，步骤2)和步骤3)中，在对弯扭刚度以及模态进行仿真时，具体操作如下：首先，利用Hypermesh中Mass Calculate功能计算出驾驶室模型质量；其次，在Hypermesh中添加模态分析卡片—EIGRA卡片，同时设置模态分析频率范围为1-50Hz，利用Optistruct求解器计算出一阶扭转模态频率、一阶弯曲模态频率值；分析扭转刚度时，约束驾驶室左右后悬，在左右前悬加载两个大小相同、方向相反的力，扭转刚度计算公式如下：

公式(1)中：T为施加的扭矩；D₁、D₂分别为左右加载点的Z向位移；θ为D₂与D₁位移差值与水平方向的反正切值；L为左右加载点的距离；

分析弯曲刚度时，约束驾驶室左右前后悬，在左右座椅以及卧铺处加载力，弯曲刚度计算公式如下：

公式(2)中：F_前座椅为前座椅总加载力，F_卧铺为卧铺总加载力，D₁、D₂分别底部左、右纵梁Z向最大位移；

经过上述分析步骤，得到驾驶室仿真分析基础性能值。