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在复杂工程系统设计开发中,传统CAD(Computer Aided Design,CAD)模型往往较为复杂。其对应的高保真计算机辅助设计(Computer Aided Engineering,CAE)模型分析过程存在运算时间长、运算成本高等问题。CAD/CAE模型简化技术可以在保证模型精度较好的基础上有效地减少模型的计算量。虽然目前已经有较多的CAD/CAE简化方法,却仍然缺乏一个从初始CAD模型简化到其对应的CAE模型简化分析评估,及将简化模型应用在最终优化分析中的完整方法链。为解决这一问题,本文提出了包含模型简化方法、改进的时间响应误差评估指标(Enhanced Error Assessment of Response Time Histories,EEARTH)、稳健性设计等方法的复杂工程系统仿真模型的分析和设计流程框架。并以某型轿车基于仿真的侧碰设计为工程案例,验证了所提方法的可行性。本文主要的研究工作如下:(1)提出基于几何特征提取、几何模型降维、子模型提取的模型简化方法。将几何特征提取和几何模型降维运用在初始CAD模型处理中,减少CAD模型几何特征,便于后续CAE网格的高质量划分和网格数目的减少。同时,在基于简化CAD模型的初始CAE模型上进行子结构模型提取。(2)对现有模型确认评估指标进行研究,针对CAE简化模型评估场景,提出采用EEARTH指标进行模型评估,并给出了EEARTH评估指标的详细评估流程。(3)对建模流程进行研究,以汽车碰撞为例,基于CAD/CAE模型简化方法,建立有效的CAE整车侧碰模型。并在有效的原始CAE模型基础上,对模型的部件进行子模型提取,建立基于汽车侧面碰撞的CAE简化模型,用EEARTH确认简化模型的精度及边界条件的稳健性。(4)对实验设计方法和近似模型进行研究,通过实验设计获得相关板件结构数据,并由简化模型获得实验设计对应的仿真结果,拟合近似模型。通过模拟退火的优化方法获得在侵入速度优化目标下的B柱结构轻量化设计结果,并用原始CAE模型对结果进行仿真确认。结果表明:对CAD模型进行简化,可以有效的减少后续CAE模型网格量,提高网格质量;CAE子结构模型可以在精度可接受范围内很大限度的减少运算时间,节约设计成本;EEARTH模型评估指标可以准确的评估量化简化后模型的精度;基于简化模型和近似模型的模型设计方法可以有效的实现汽车相关零部件的轻量化优化设计。