车身骨架结构拓扑优化设计综述

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1、维普资讯http://www.cqvip.com技术与研究车身骨架结构拓扑优化设计综述周星亮黄妙华内容提要：本文论述了车身骨架拓扑优化的过程和几种车身骨架拓扑优化的处理方法，提出了车身骨架拓扑优化在理论研究、实际应用、拓展研究和软件研究等方面的研究方向。关键词：车身骨架拓扑优化优化设计现代汽车工程师认为，应该在分布开始(如均匀分布)，每一次迭结构拓扑优化分为连续结构拓车身结构设计的初始阶段引入拓扑代包含有限元分析、灵敏度计算和扑优化和离散结构拓扑优化，这两优化理论，而不是仅凭经验来设计修改材料分布3个子步骤。在多次迭种方法都是在初始结构基础上进行或改造结构。这种优化设计属于概代后

2、(通常20次以下)，材料分布趋拓扑优化设计。连续结构拓扑优化念性设计范畴，具体到汽车车身设于稳定，优化即结束。骨架结构的适应性较广，可以从任意初始结构计方面，其目的是在考虑各种可能拓扑优化的结果可直接用于设计，出发开始优化，但优化结果难以转出现的危险工况下，根据不同的约而连续体问题往往需要进一步的处化为实用的工程结构，特别是对于束限制条件，在一个连续体的设计理，需要软件和设计者的共同努力。车架这种由异形截面构成的结构而空问中确定出车身主要承载结构件拓扑优化由以下5个步骤组成：准备言，要进行成功的转化就更加困难。的最佳布局。国内已陆续开展了这工作、拓扑优化、结果后置处理、非离散结构

3、拓扑优化的计算量较小，方面的理论研究及工程应用分析工参数化形状优化和CAD建模。也可根据优化结果可直接得到实用工程作。能由于需要修改参数等原因，而对结构，但初始结构的选择对优化结某一步或整个过程进行反复迭代。果有较大影响，选择合适的初始结1拓扑优化方法简介车身骨架拓扑优化的基本过程如图构往往较为困难。常见的车架有边拓扑优化是在一定空问区域(骨1所示。梁式和周边式结构，其拓扑结构特架结构或连续体)内寻求材料最合理征主要表现为纵横梁问的连接关系2车身骨架拓扑优化方法分布的一种优化方法，它是一个迭和横梁的布置数量，对这样的结构代的过程。从预先定义的某种材料2．1车架结构离散拓扑优化适宜

4、采用离散结构拓扑优化方法。式中：维修费用的年分摊率(可取W／(m·K)】6——保温层厚度P=0．11)t——保温层外表面温度d——送风管道外经T——保温结构投资的偿还年W——风速d，——送风管道保温层外径限(取Tn：7年)空凋客车风道采取良好的隔热m——年运行小时数(全年运S，——保温材料的价格保温措施，可减少热损失、节约能行，m=8000h；季节运行，m=3000h)S——保护层价格源、提高运行经济性和空调效果。b——热价(一般取45元／S——保温结构的投资(按下5结束语1．163×106W1式计算：S=SV+S，F)t——管道外表面温度(可近似V——保温材料的体积随着我国经济

5、建设的快速发按热介质温度计算)F——保温层的表面积展，国民生活水平不断提高，人们t——d——保温层外表面换热系数[对城市客车的内饰环境要求也越来，保温层周围温度(对车外管道，可近似取制冷或采暖季节一般室内平壁：oc-9．77+0．07(一越高，空调在城市客车上的使用将最热或最冷月份的历年平均温度))；管道oc=9．42+0．052(t~一tk)，也会越来越多。内饰风道的设计、风入——保温材料导热系数可近似取oc=10．47～11．63W／道材料、隔热保温已经成为城市客P——保温层的折旧、运行和(II1·K)；室外o【一11．63+．／-~6．98车市场上的新课题。46蜮弓4钿20

6、08-7维普资讯http://www.cqvip.com技术与研究变量为每个微结构(单元)孔洞尺寸，目标函数可为结构的总柔度或者固有频率或者材料的体积，约束条件为材料的体积或者结构的总柔度。(5)求解拓扑优化问题，修改设计变量及结构的拓扑形式。(6)重复(2)至(5)的过程直到满足收敛条件。2．2．2．均匀化方法的车架结构拓扑优化设计方法将车架的基本结构取为一等厚的薄板，车架所受荷载和约束按设计要求作用于基本结构上，图1客车车身结构以车架的总柔度为目标函数，以体积作为约束条件，用均匀化方离散结构拓扑优化的初始结构被称领域，它是用于计算具有周期性结法对在弯曲和弯扭联合两种工况为基结

7、构，它是所有可选拓扑方案构的材料微观尺寸参数与其宏观弹下的车架基本结构进行优化计算，的集合，需要根据相应的设计经验性性质之间的关系，其数学基础是获得满足体积约束并使总柔度最归纳得到。设在基结构中有n个构BEsOUssAN等发展的基于摄动理小即刚度最大的车架拓扑形式，件需要通过优化来确定存在状态，论的周期性结构分析方法。M·车架拓扑形式为横梁的分布数量、并用变量X．(i=1，2，⋯，n)来表BENDSOE和N·KIKUCHI将该方位置及纵梁的加强方式提供了依示，当第i个构件在最优结