汽车行业的飞速发展和保有量逐年递增,带来了严重的交通安全问题和环境污染问题,以智能化、网联化、电动化、共享化为代表的“汽车新四化”被认为是解决安全与环保问题的主要措施。智能网联车辆由于存在控制系统失效的情况,给驾乘人员带来行车安全及生命财产损失。控制系统遭受远程攻击而失效的情况下将导致碰撞安全事故存在多种场景,给汽车结构安全设计带来了更大的挑战,现有的车身结构难以满足多碰撞事故场景下的安全性能。随着电动汽车产销量的快速发展,电动汽车逐渐被广大消费者接受。因此,本文将基于多碰撞事故场景展开电动汽车结构安全设计研究。针对多碰撞事故场景下电动汽车碰撞安全设计要求以及电动汽车的结构特点,本论文提出了一种新型藕状多胞填充结构,能有效提高前端吸能部件的吸能效率。解决了电动汽车碰撞安全设计过程中轻量化设计与安全性设计双重要求的设计问题,提升了多种碰撞工况下电动汽车的碰撞安全性能。本文主要从藕状多胞结构的吸能性能、藕状多胞填充吸能盒结构的吸能特性、藕状多胞填充吸能盒结构的多目标优化设计、藕状多胞填充吸能盒结构在电动汽车多碰撞事故场景中的应用等方面展开了系统研究。本文的主要研究内容和创新点如下:1.提出了多碰撞工况下的电动汽车碰撞安全设计理念。由于智能网联电动汽车容易受到黑客远程攻击,存在制动系统失效的风险,将导致车辆碰撞安全事故存在多种场景。根据智能网联汽车的特征推导出了多种碰撞事故场景,主要包含错误信息干扰引起的事故和制动系统失效引起的事故两大类型。然后以某款微型电动汽车为例,对不同的碰撞工况进行有限元仿真分析,研究了多碰撞事故场景下电动汽车正面碰撞安全性能。仿真结果表明,多碰撞工况将给汽车结构安全设计带来更大的挑战,现有的车身结构难以满足多事故场景下的安全性能。2.针对多碰撞事故场景下电动汽车碰撞安全设计要求更具挑战的特点,提出了一种新型藕状多胞填充结构,主要研究了藕状多胞填充结构的相对密度以及吸能特性,并对其力学模型进行了推导。发现藕状多胞填充结构的相对密度与元胞结构的边长、高度、厚度、元胞之间的连接长度等几何参数有关,随着这五个参数地变化,藕状多胞填充结构的相对密度将在一个较大的范围内变化。通过改变元胞结构的几何尺寸,研究了藕状多胞填充结构的静力学特性与元胞结构几何尺寸参数之间的关系。然后研究了藕状多胞填充结构的吸能特性,包括轴向压溃工况下元胞结构几何参数与藕状多胞填充结构的吸能特性之间的关系研究、斜向压溃工况下不同压溃角度与藕状多胞填充结构吸能特性之间的关系研究。研究结果说明轴向压溃工况下藕状元胞结构几何参数对吸能特性和变形模式的影响很大。斜向压溃工况下藕状多胞填充结构的吸能效果和峰值力小于轴向压溃工况,压溃角度对藕状多胞填充结构的吸能量和峰值力具有重要影响,随着压溃角度逐渐增大,藕状多胞填充结构的吸能量与峰值力水平逐渐增大,元胞几何尺寸变化对藕状多胞填充结构的吸能量和峰值力影响较小。3.研究了多碰撞角度下藕状多胞填充吸能盒的吸能特性,从元胞结构排布形式、元胞结构几何参数、压溃角度等方面展开了系统的研究。首先对比研究了空心吸能盒、泡沫铝填充吸能盒与藕状多胞填充吸能盒的力学特性,在吸能结构的质量相同且加载条件一定时,藕状多胞填充吸能盒结构的吸能效率高于泡沫率填充吸能盒结构,空心吸能盒的吸能效率最低。其次研究了藕状多胞填充吸能盒结构的力学性能与填充总列数的关系,发现其吸收的能量与填充总列数成正相关关系,而碰撞力峰值与填充总列数成反相关关系。最后研究了藕状多胞填充吸能盒结构的吸能特性与藕状元胞结构几何参数之间的关系,发现当吸能结构的质量一定时,其吸能效果与元胞结构角度成二次抛物线的关系。结果表明,不论是轴向压溃工况还是斜向压溃工况下,藕状多胞填充的吸能盒都能在保证吸能水平良好的条件下降低碰撞峰值力,且变形模式相比空心吸能盒更具稳定性。4.提出了一种藕状多胞填充结构优化设计方法与一种能改善多碰撞事故场景下安全性能的新型吸能盒结构。在基准吸能盒基础上填充藕状多胞材料,得到新型藕状多胞填充吸能盒结构。根据吸能结构的高吸能率及低峰值力目标的工程设计要求,首先对新型吸能盒的各个几何参数进行灵敏度分析,找出对吸能效果影响较大的参数。为了在满足吸能水平和峰值力水平要求的条件下得到最佳的几何参数组合,集成拉丁超立方试验设计方法、响应面方法和第二代非支配序列遗传算法进行多目标优化设计。然后将优化后的藕状多胞填充结构几何尺寸应用于整车吸能盒中,整车正面碰撞工况下的左侧B柱下端加速度峰值水平降低3g。最后对采用了藕状多胞填充吸能盒结构的电动汽车,进行多碰撞工况碰撞分析,包括不同角度的正面斜向碰撞和不同速度的正面刚性墙碰撞,结果显示不同正面碰撞工况下的加速度峰值和电池包框架变形量都得到改善,表明藕状多胞填充结构对改善多碰撞事故场景下的整车正面碰撞安全性能具有良好效果。5.提出了一种集成自适应重点采样的高效多目标稳健性设计方法,该方法结合了自适应重点采样和6sigma稳健性方法的优点,可以在分析精度和计算效率方面找到较好的平衡,解决了电动汽车轻量化与碰撞安全性的多目标稳健性设计问题,改善了优化结果的稳健性。由于设计变量存在波动情况,往往引起最优解违反约束边界条件,使得多目标优化设计失效。因此在应用了藕状多胞填充的吸能盒结构的微型电动汽车多目标稳健性优化设计过程中,充分考虑变量不确定性对优化结果的影响,提高设计方案的稳健性。本章研究结果表明,基于AIS的稳健性优化设计方法适合处理大型非线性碰撞问题的优化,能在保证优化结果精度的前提下,较大程度的提高优化效率。