纯电动汽车车身结构耐撞性的整体拓扑优化设计

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1、2016-03-2517:39:51汽车工程学报2016年1期雷正保++肖林辉++刘助春++阳彪的，利用耐撞性拓扑优化法研究了纯电动汽车头部结构，却依然未能实现整车的耐撞性拓扑优化。为此，提出一种整车结构耐撞性分区拓扑优化性和刚度要求，对划分区域同时进行拓扑优化，从而形成一个整体的求解体系，以解决分散优化的不足，提高设计结果的实用性。式中为设兀为I阻尼/为H或删式（式中演化当优型满碰撞安全领域的应用进行了研究。首先，Patel等⑸对车身梁结构进行了抗撞性优化；聂昕等"运用耐撞性拓扑优化法对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧而碰撞的并行拓扑

2、优化，提高了车辆的碰撞性能；高云凯等⑺以基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化为基础对保险杠横梁进行研究，提高了保险杠横梁耐撞性。然而这些研究仅停留在对汽车的某些结构优化设计上，属于局部分散拓扑优化范畴，分散拓扑优化没有经过整车的协调，会出现“顾此失彼”的不足，其最优解在理论上并没有达到真正的整体最优。雷正保等⑻以碰撞相容性指标为冃设计方法，通过将整车划分为多个目标优化区域，采用整体优化设计方法，综合考虑车身结构的耐撞4耐撞性拓扑优化方法耐撞性拓扑优化法，是以SIMP模型为基础的HCA方法。CA是一个山规则的元胞网格或晶格组成的离散计算模型，各

3、连续体结构均被离散成有限几个相邻的元胞结构，在拓扑优化过程中每个材料单元与晶格中元胞单元一一对应。基于SIMP模型，将材料属性映射到相对密度卄自匕貝1卜卜业Pn"斗命：心宀iV.IJtrA/i4-n表1整车重要w长厶/mmX宽B/mmX高H/mm轴距/mm轮距（前、后）/mm轮胎规格/mm整备质量m/kg图2整车有摘要：针对传统分散拓扑优化不能获得优化结果的整体性能最优的缺陷，捉出了一种整体拓扑优化策略，并运用到纯电动汽车车身概念优化设计中。采用耐撞性拓扑优化法，以车身结构的耐撞性为设计目标，并以结构变形量和优化质量比为约束条件，综合考虑六

4、种碰撞工况，得到轮廓清晰的车身拓扑构型；然后对该构世进行耐撞性性能分析。结果表明，整体拓扑构型不仅满足碰撞安全要求，而且整体优化的结果优于分散优化。关键词：纯电动汽车；耐撞性拓扑优化；汽车碰撞；整体优化屮图分类号：U469.72文献标文献标识码:A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.03Abstract：Thetraditionaldecentralizedtopologyoptimizationdoesnotguaranteetheoptimizationresultsachievingtheo

5、veralloptimalperformanee,sotheoveralltopologyoptimizationstrategywasbroughtforward,whichwasappliedtoconceptualoptimaldesignofpureelectriccarbody.Aimingatcrashworthinessdesignofthebodystructure,withthestructuraldeformationandmassfractionasconstraints,thepaperappliedthecrash

6、worthinesstopologyoptimizationmethodandobtainedaclearbodytopologyconfiguration,bycomprehensivelyconsidering6kindsofcollisionconditionsThenthecrashworthinessperformaneeoftheconfigurationwasanalyzed・Itshowsthattheoveralltopologyconfigurationmeetsthecollisionsafetyrequirement

7、sandtheoveralloptimizationcanproduceresultssuperiortothosefromthedecentralizedoptimization.Keywords：pureelectricvehicle；crashworthinesstopologyoptimization；carcollision：overalloptimization耐撞性拓扑优化采用基于固体材料齐向同性惩罚(SolidIsotropicMicrostructureswithPenalization,SIMP)模型的混合元胞自动机方法

8、(HybridCellularAutomata,HCA),在解决结构非线性大变形的瞬态动力学问题吋，克服了传统算法数值不稳定等问题，计算效率高，收敛性好，是近來提出的很有潜力的动