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【6h】

基于数值模拟和机器学习的汽车碰撞代理模型

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目录

1 绪 论

1.1 工程背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究发展概况

1.2.2 国内研究发展概况

1.3 本文主要研究内容

2 汽车碰撞动态过程数值模拟方法

2.1 引言

2.2.1 物体的构型描述

2.2.2 运动微分方程

2.2.3 守恒方程

2.2.4 结构有限元离散化

2.3高斯积分与沙漏控制

2.4时间积分算法

2.5接触-碰撞算法

2.6本章小结

3 汽车碰撞动态过程数值模拟

3.1 引言

3.2 整车有限元模型的建立

3.2.1 整车几何模型的简化及网格划分

3.2.2网格质量控制

3.2.3 材料属性的设置

3.2.4 部件之间的连接

3.2.5 参数设置及结果输出

3.3 汽车碰撞动态过程仿真结果分析

3.3.1汽车对刚性墙碰撞动态过程仿真结果分析

3.3.2两车正面碰撞动态过程仿真结果分析

3.4 本章小结

4 基于 BP神经网络的汽车碰撞代理模型

4.1 引言

4.2 BP 神经网络概述

4.3.1 BP神经网络学习流程

4.3.2 BP神经元原理

4.3.3 BP神经网络算法原理

4.4.1训练样本的准备

4.4.2网络设计及参数调整

4.4.3优化算法的选择

4.5.1代理模型精度指标

4.5.2碰撞力-位移关系模型精度验证

4.5.3时间-加速度关系模型精度验证

4.6本章小结

5 总结与展望

5.1研究工作总结

5.2展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 学位论文数据集

致谢

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摘要

汽车碰撞属于汽车被动安全性中的重要问题之一。提升汽车发生碰撞时的安全性,保证乘员的安全生存空间,对减少碰撞事故带来的危害具有重要意义。传统的汽车碰撞分析采用整车碰撞试验和数值仿真,具有代价昂贵、效率低的缺点。结合整车碰撞数值模拟和机器学习算法构建汽车碰撞的代理模型,能够快速预测汽车碰撞时的吸能特性,为汽车的安全性及其优化设计提供快速有效的依据,具有重要的工程实用价值。  本论文首先介绍模拟汽车碰撞动态响应过程的非线性有限元方法,包括汽车结构的有限元离散、高斯积分、沙漏控制、时间积分方法、碰撞-接触算法以及在ABAQUS有限元分析软件中的实现。  以某型皮卡车为研究对象,结合HyperMesh和ABAQUS/CAE软件,建立该汽车三维有限元模型,包括几何模型、网格划分、网格质量控制、材料属性、部件连接、接触设置、初始条件和边界条件设置以及结果输出设置等。利用ABAQUS有限元软件模拟五种不同初始速度下汽车对刚性墙碰撞,以及两车正面碰撞的动态过程,分析不同初始速度下整车变形过程,得到两种碰撞情况下汽车碰撞力-位移曲线和时间-加速度曲线。  基于汽车碰撞过程有限元数值仿真结果和BP神经网络算法,建立预测汽车碰撞特性的代理模型。BP神经网络建模包括BP神经网络层数、每层节点数、损失函数以及优化算法等的确定。将有限元数值模拟样本分为训练集和测试集,利用测试集样本验证模型的精度,建立全速度域下汽车碰撞代理模型,并分析代理模型的性能。利用代理模型可以快速预测任意碰撞速度下该汽车的碰撞力-位移曲线以及时间-加速度曲线,为汽车的安全性和优化设计提供依据。

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