基于非概率凸集模型的汽车碰撞安全不确定性分析与可靠性优化

汽车碰撞是涉及几何、材料和边界非线性的高度复杂动态过程，在材料特性、制造工艺、碰撞边界条件等方面存在高维、多源的耦合不确定性，基于传统概率方法进行可靠性设计时将遭遇由信息量不足、变量高维及大规模计算等带来的若干瓶颈问题。本项目将基于在不确定性度量及可靠性分析方面更为方便和高效的非概率凸集模型，实现汽车碰撞问题中多源耦合不确定性的精确建模，并针对汽车碰撞问题的实际特点和难点，研究和开发基于非概率凸集的不确定性分析及可靠性优化方法。主要研究汽车碰撞多源不确定性建模，单失效和多失效模式下非概率凸集可靠性分析模型的建立和求解，高效可靠性优化设计三项关键技术，并对相关模型和算法进行系统集成及试验验证。本项目的完成将为汽车碰撞安全可靠性设计提供一条新的研究思路，同时打造出具有自主知识产权的核心设计技术，一定程度上提升我国汽车制造业及相关行业的自主研发能力。

汽车碰撞安全性的可靠性设计是车辆工程领域的研究前沿，对车辆整体性能的保证具有重要作用。汽车碰撞是涉及几何、材料和边界非线性的高度复杂动态力学行为，在材料特性、制造工艺、碰撞边界条件等方面存在高维、多源的耦合不确定性，基于传统概率方法进行可靠性设计时将遭遇由信息量不足、变量高维及大规模计算等带来的若干瓶颈问题。本项目针对上述关键技术难点，紧紧围绕项目预定研究内容和目标，按照时间表有计划、有系统地展开研究，较好地完成了各阶段各项预订研究内容和指标，并在若干相关方面进行了扩展。主要在汽车碰撞问题多源不确定性精确建模、可靠性分析新模型及稳健求解、汽车耐撞性优化设计三个方面获得研究进展；在相关理论和方法的基础上，建立了一套针对汽车碰撞安全性设计的不确定性建模及可靠性分析技术，并搭建了相应的软件系统，较好地解决了汽车碰撞可靠性设计中由信息量不足、变量高维及大规模计算等带来的技术难点。另外，本项目理论成果经过进一步深化和拓展后，未来也可应用于工程机械、航空航天、国防特种装备等其他相关工业领域。项目执行期间，共发表和接收学术论文37篇，其中SCI收录21篇，EI收录7篇；投稿论文4篇。论文发表在本领域的一系列权威学术刊物上，如Computer Methods in Applied Mechanics & Engineering（1篇），International Journal for Numerical Methods in Engineering（1篇），ASME Journal of Mechanical Design（2篇），Computers & Structures(3篇)，力学学报（5篇）等；1本中文专著正在定稿中，预计2016年底由科学出版社出版；申请发明专利和软件著作权共3项。以该项目部分理论成果为重要支撑，项目负责人获国家科技进步二等奖1项（排名第三）、教育部自然科学一等奖1项（排名第二）。