本文发表于 World Electric Vehicle Journal，作者包括 Pinpin Qin、Yiyuan Shi、Junming Huang（广西大学机械工程学院），以及 Juncheng Lu、Wujing Tu、Hua Wu（广西巨石新能源科技有限公司）。论文于2026年2月16日投稿，3月21日修订，3月24日接收，3月27日在线发表，属于开放获取文章。
该研究属于电动汽车（electric vehicle, EV）车身结构轻量化与耐撞性设计领域，核心研究对象为高强度钢双室辊压成型管（double-cell roll-formed tube, DCRFT）。DCRFT广泛应用于电动汽车保险杠横梁、电池箱保护框架和电动客车车身骨架等承受侧向弯曲冲击载荷的关键吸能部件。已有研究对DCRFT的改进主要集中在材料升级（如采用DP980、DP1180等高强度钢）或壁厚优化，而针对其截面形状的系统化参数化设计研究十分有限。大多数现有截面研究局限于正方形或矩形等预设离散构型，难以探索典型形状之间可能具有更优性能的中间构型。此外，辊压成型工艺要求截面必须由单一钢带沿连续无分支路径成型，且具备左右对称性，这使得已有用于冲压双帽梁的参数化方法无法直接迁移至DCRFT。因此，本文旨在建立一种适用于DCRFT的参数化截面设计方法，在保持截面高度与封闭面积不变的条件下系统生成多种截面形状，并结合有限元仿真、代理模型和多目标优化算法实现弯曲耐撞性能的提升。
该研究的工作流程可分为四个主要环节：参数化截面设计方法构建、有限元模型建立与验证、参数化研究与敏感性分析、以及基于代理模型的多目标优化。
在参数化截面设计环节，作者以60 mm×60 mm、壁厚1.2 mm、圆角半径3 mm、材料为DP980的方形双室截面为基准，引入三个形状参数：中翼缘偏距（middle flange offset, o）、上偏转角（upper deflection angle, α）和下偏转角（lower deflection angle, β）。o表示中翼缘相对水平中心线的垂直偏移量，向上为正；α和β分别表示上下侧壁以中翼缘端点为旋转中心相对竖直方向的偏转角，向外为正。基于这三个参数，作者推导了考虑面积补偿的几何生成方程，确保最终封闭面积严格等于基准面积。该方法可系统生成方形、梯形、六边形、内凹六边形及多种混合形状。为保证可制造性，α和β被限定在±20°以内，o被限定在±15 mm以内。
在有限元建模与验证环节，作者使用LS-DYNA R11.0建立了800 mm长DCRFT在跨距600 mm的简支条件下承受50 km/h初速度、19.60 kg落锤冲击的侧向三点弯曲仿真模型。管件与支撑圆柱采用壳单元，落锤采用实体单元；材料采用MAT24模型并引入不同应变率下的应力-应变曲线；激光焊缝以共享节点方式简化建模。通过网格收敛性分析确定1.5 mm网格尺寸。模型验证包含两部分：一是对400 mm和540 mm两种长度的矩形DCRFT进行准静态三点弯曲直接试验验证，仿真与试验在峰值力（peak crushing force, PCF）和比吸能（specific energy absorption, SEA）上的误差均小于5%；二是基于文献中双帽梁动态三点弯曲试验的间接验证，PCF和最大变形（maximum deformation, DISP）误差分别仅为-2.10%和-2.96%，证明了模型对速率相关材料行为的准确捕捉能力。
在参数化研究与敏感性分析环节，作者基于7个o水平（-15至15 mm，步长5 mm）和5个α、β水平（-20°至20°，步长10°）的全因子设计，对175组参数组合进行了仿真。对比o=0时五种典型截面（方形、六边形、内凹六边形、梯形A、梯形B）的耐撞性能，结果显示内凹六边形综合性能最优：与方形基准相比，DISP降低2.95%，PCF降低9.53%，压溃力效率（crushing force efficiency, CFE）提高13.88%，但SEA降低4.56%。参数化分析表明，o是最关键的形状参数，o增加会提高结构弯曲刚度和变形稳定性，减小DISP，但会增大PCF；α增加使变形模式从弯曲坍塌（bending collapse）转变为弯曲压痕（bending with indentation），降低PCF并提高CFE，但同时增大DISP并降低SEA；β对耐撞指标影响最弱。敏感性分析进一步证实，o对DISP方差的贡献超过95%，对PCF和CFE分别贡献约80%和85%，对SEA贡献约50%。
在优化环节，作者将o的取值范围缩小为-5至15 mm，将α和β的采样水平扩展至9个等级（-20°至20°，步长5°），通过全因子设计获得405个样本点。基于这些样本点构建径向基函数（radial basis function, RBF）代理模型，并通过留一交叉验证评估精度，各响应的决定系数R²均超过0.98，均方根误差和最大绝对相对误差均低于0.2。随后采用非支配排序遗传算法II（non-dominated sorting genetic algorithm II, NSGA-II）进行多目标优化，目标为最大化SEA、最小化PCF和DISP，约束CFE≥75%，设计变量为o、α和β。优化共获得50个Pareto最优解。作者选取了三个代表性解进行详细对比：最优解A（梯形，o=8.95 mm，α=-15.80°，β=0.93°）的SEA提高1.00%，DISP降低25.10%，CFE提高15.63%；最优解B（内凹六边形，o=6.26 mm，α=18.19°，β=15.84°）的CFE高达85.79%，提高22.26%，DISP降低18.86%；最优解C（内凹六边形，o=3.39 mm，α=19.48°，β=13.57°）的PCF降低5.17%，DISP降低11.83%，CFE提高19.60%。三种优化截面的辊花图分析表明，其成型道次均在26道左右，与基准设计的29道次相当，证明其具有可制造性。
研究的主要结论包括：所提出的参数化方法能够在连续设计空间内系统生成包括方形、梯形、六边形和内凹六边形在内的多种截面形状，且满足辊压工艺对等厚、对称和单一连续路径的约束；中翼缘偏距o是影响弯曲耐撞性的主导参数，其最优取值可增强中翼缘与上翼缘的耦合作用并扩大压痕变形区域，从而降低DISP并提高CFE；上偏转角α为次要影响因素，下偏转角β影响最弱；基于RBF代理模型和NSGA-II的多目标优化能够获得分布均匀的Pareto前沿，代表性解在DISP和CFE上均有显著改善，同时呈现不同的性能侧重。
本研究的方法论价值在于建立了辊压型材参数化截面设计与耐撞性优化的系统框架，为后续将该框架扩展至真实边界条件和系统级应用奠定了基础。其应用价值在于为电动汽车电池保护结构的高性能轻量化设计提供了新的截面构型方案和设计工具，有助于在保持足够制造可行性的前提下实现更好的侧向碰撞安全性能。研究的亮点包括：首次将六边形、内凹六边形等高效吸能截面统一纳入DCRFT的参数化设计框架；通过面积补偿方案严格保证各截面构型在相同封闭面积条件下进行公平比较；结合直接准静态试验和文献动态试验的双重验证策略提高了有限元模型的可靠性。然而，当前模型未引入韧性断裂准则，无法模拟断裂主导的失效模式；加载条件局限于理想的居中垂直弯曲。未来工作将致力于发展包含焊缝和热影响区特性的精细化材料模型、将优化框架拓展至真实结构边界条件与多角度侧面柱撞工况，并在优化约束中集成制造成本与工艺限制。