基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计.pdf

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1、第30卷第2期2017年2月中国公路学报ChinaJ。Highw。Transp．V01．30NO．2Feb．2017文章编号：1001—7372(2017)02—0136—08基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计王登峰1，毛爱华1，牛妍妍1，魏建华2，师雪超(1．吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，吉林长春130022；2．郑州宇通客车股份有限公司，河南郑州450061)摘要：为了在满足性能要求的前提下有效降低纯电动大客车车身骨架结构质量，减少客车行驶阻力，节省电耗、提高续航里程，进而提升整车的性能品质和市场竞争力，对客车车身骨架进行了轻量化多目标优化设计。建

2、立了某纯电动大客车车身骨架结构的有限元模型，以客车车身骨架总柔度最小为目标，设计区域的体积为约束条件，设计区域各单元的相对密度作为设计变量，对车身结构的车顶骨架、车底骨架和左右侧围骨架进行了拓扑优化设计，并根据拓扑优化结果提取出了大客车车身骨架的拓扑结构。通过相对灵敏度分析，从21个设计变量中确定出13个对车身骨架性能不敏感但对减重较敏感的设计变量，然后以车身骨架质量M最小、一阶扭转频率F。和弯曲频率F“最大作为目标，以弯曲和扭转工况下车身骨架结构的静柔度Cb和C。小于给定值作为约束条件，以相对灵敏度分析确定出的13个壁厚参数作为设计变量，用尺寸优化方法和多目标遗传算法(MOGA

3、)对大客车车身骨架结构进行了轻量化优化设计，并在4种典型工况下对优化前后的大客车车身骨架结构的静、动态性能进行了分析对比。结果表明：所建立的纯电动大客车车身骨架拓扑优化方法、相对灵敏度分析方法与轻量化多目标优化设计方法有效，在满足大客车车身骨架结构性能要求的前提下，实现减重303kg，减重率为11％，轻量化效果显著。关键词：汽车工程；纯电动客车；多目标优化；轻量化；拓扑优化；相对灵敏度分析中图分类号：U463．822文献标志码：ALightweightMulti‘objectiveOptimizationDesignPureElectricLargeBusBasedonTopol

4、ogyforBodyFrameofOptimizationWANGDeng—fen91，MAOAi—hual，NIUYan—yahl，WEIJian—hua2，SHIXue—cha02(1．StateKeyLaboratoryofAutomotiveSimulationandControl，JilinUniversity，Changchun130022，Jilin，China；2．ZhengzhouYutongBusCo．，Ltd．，Zhengzhou450061，Henan，China)Abstract：Inordertoreducethebodyframeweight，dec

5、reasedrivingresistance，saveelectricenergy，andimproveitsmileageofpureelectriclargebuseffectivelyonthepremiseofmeetingtheperformancerequests，topromoteperformanceofbusandmarketcompetitivenesslightweightmulti—objectiveoptimizationdesignforbusbodyframewascarriedoutbythispaper．Followingbytheestabli

6、shmentofapureelectriclargebusframefiniteelementmodel，topologyoptimizationdesignforframeoftheroof，theunderbodyandtheleftandrightsidepanelswasdone，takingtheminimumofthetotalcomplianceforbusbodyframeasobjective，thevolumeof收稿Et期：2016—04—11基金项目：汽车轻量化国家重点实验室(筹)开放基金项目(20130301)；国家重点研发计划项目(2016YFB010

7、1601)作者简介：王登峰(1963一)，男，吉林长春人，教授，博士研究生导师，工学博士，E—mail；caewdf@jlu．edu．CD。第2期王登峰，等：基于拓扑优化的纯电动大客车车身骨架轻量化多目标优化设计137thedesignareaasconstraintandtherelativedensityoftheelementsinthedesignareaasdesignvariables，andthentopologystructuresofthelargebusbod