基于HyperWorks的汽车挡泥板结构拓扑优化设计.pdf

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1、2们2年1月电子测试Jan2o12繁1耗E1．ECTRONICTESTNo．1基于HyperWorks的汽车挡泥板结构拓扑优化设计★李晓，王俊元(中北大学机械工程与自动化学院山西太原030051)摘要：挡泥板作为汽车覆盖件的一种，其刚性要求不可忽视。基于有限元模态分析方法，得到了挡泥板的前六阶固有频率及模态振型。依据挡泥板的刚度设计要求，以第一阶固有频率最大化为目标函数，体积分数(质量)为约束条件，建立了结构优化的数学模型；利用HyperWorks对其进行了结构拓扑优化求解；根据优化结果在初始结构上布置了加强肋。挡泥板的第一阶固有频率从优化前的43．6Hz变为84．9Hz，提高794

2、．7％，体现了拓扑优化方法在汽车零件初始设计中具有重要的理论意义和实际应用价值。关键词：挡泥板；模态分析；拓扑优化；HyPerWorks中图分类号：TH12文献标识码：AStructuraltopologyoptimizationdesignoffenderbasedonHyperWorksLiXiao，WangJunyuan(ConegeofMechanicalEngineering&Automatization，NorthUniversityofChina，ShanxiTaiyuan030051，China)Abstract：Therigidrequirementsoffende

3、r，akindofautomobilecoven，can’tbeignored．BasedonFEM．thefirstsixnaturalfrequenciesandcorrespondingmodalshapesofthefenderwereobtainedthroughmodalanalysis．Accordingtothestifnessdesignrequirements，anoptimizationmathematicalmodelwasestablishedwiththefirst—ordernaturalfrequencyandvolumefraction(qualit

4、y)asobjectivefunctionandconstraintconditionsrespectively，thenwhichsolvedbyHyperWorkssoftware．Fromtheoptimizationresults，severalstrengtheningribswereaddedtotheinitialstructure．Thefirst—ordernaturalfrequencyisimprovedfrom43．6Hzto84．9Hzatarateof94．7％．reflectingimportanttheoreticalsignificanceandpr

5、acticalapplicationvalueofthetopologyoptimizationmethodduringinitialdesignofautomobileparts．Keywords：fender；modalanalysis；topologyoptimization；HyperWorks★基金项目：山西省留学基金(编码：10．3969~．issn．1006—1355—2011．O3．016)资助。设计与研发2o12．10引言c()=F()：∑=∑l=llU=F如图l所示，为某国产轿车的挡泥板模型。挡泥板作为汽车覆盖件的一种，在实际应用过程中发现其刚度Subjectto

6、：()=∑t≤不够而导致故障，必须予以提高。鉴于此，在Solidworks0<≤．≤l；i：1，⋯，n(1)中建立实体模型，在HyperWorks环境中对该挡泥板进行式中：。，】，⋯，)为单元伪密度设计变量向量；了有限元建模和模态分析，得到此覆盖件的固有频率以n为单元个数；c为结构柔顺度度；F为节点等效载荷向量；及相应振型，并运用HyperWorks的结构拓扑优化技术对u为节点整体位移向量；U为单元i的位移向量；K为结该发动机罩进行了拓扑优化分析，得到最优的加强筋布构总刚度矩阵；K为单元i的刚度矩阵；v为单元i的体积；局，并重新建模，然后对新模型进行模态分析，发现优为给定材料用量；8

7、为一极小正数以避免刚度矩阵奇化之后的结果提高了该覆盖件的低阶固有频率。异，P表示惩罚因子。1．2灵敏度分析设计灵敏度就是结构响应对设计变量的偏导数(结oQ构响应的梯度)。对于有限元方程：图1挡泥板的三维实体模型KU=P式中，是刚度矩阵；U是单元节点位移矢量；P是单元点载荷矢量。拓扑优化的基本理论两边对设计变量x求偏导数：丝+K：1．1拓扑优化的数学模型(2)拓扑优化中的拓扑描述方式和材料插值模型非常重一-丝u)‘：一COX、cOX宅x一要，是一切后续优化方