大学生方程式赛车车架的拓扑优化设计.pdf

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1、2011年第7期(总第240期)农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT＆VEHICLEENGINEERINGNo．72011(Totally240)doi：10．3969／j．issn。1673—3142。2011．07．010大学生方程式赛车车架的拓扑优化设计赵强，朱雄，邝坤阳，刘晨曦(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥2300(0)摘要：为了提高方程式赛车的力学性能并减轻重量。对车架进行了拓扑优化设计。考虑了多种行驶工况的栽荷对车架的作用，建立满足各总成布置和实际行驶要求的新设计结构，有限元分析和试验结果标明，该车架设计合理，说明

2、拓扑优化设计方法进行方程式赛车车架的有效性和可行性。关键词：大学生方程式赛车；拓扑优化；车架中图分类号：U463．32文献标识码：A文章编号：1673—3142(2011)07-0033-04TopologyOptimizationofaFormulaSAlECarFrameZhaoQiang,ZhuXiong，KuangKunyang，LiuChenxi(SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Toimpr

3、ovethemechanicalperformanceandreducetheweightofformulaSAEerrfgnme，thetopologyoptimizationoffranleisconducted．Consideringmultipleworkingconditionsanewstructuredesignisproposed．Boththefinite-elementanalysisandthetestresultindicatethatthenewstructuraldesignisrationalthusprovingtheeffect

4、ivenessandfeasibilityofthetopologyoptimizationdesignmethodfortheformulaSAEcarframe．Keywords：FormulaSAE；topologyoptimization；h'nme0前言汽车车架是汽车重要组成部分．它不仅承受着来自路面的各种复杂载荷。同时也是其他总成部件的安装集体，因此车架的设计是汽车总体设计中非常重要的一部分。大学生方程式汽车大赛(FormulaSAE)于1979年由美国汽车工程师协会创办，美、英、德、澳以及日本都举办该赛事。2010年中国大学生方程式汽车大赛由中国汽

5、车工程学会、中国二十所大学院系、易车集团联合发起举办。赛事通过各种项目对赛车的动力性、操纵稳定性和燃油经济性等性能进行了全面的考查。车架约占赛车总重的10％一20％，因此。减轻车架重量对赛车整体的轻量化有重要意义。本文通过Hy．perWorks的Optistruct模块，运用拓扑优化设计理论对车架进行优化设计。实现减轻车架自重并提高车架力学综合性能。1车架的结构优化理论1．1优化设计的数学基础收藕日期：2011—03一14作者筒介：赵(1988一)，男，合肥工业大学硕士研究生，研究方向：车辆安全与诊断技术。建立优化设计的数学模型是展开优化设计最为关键的一部．优化

6、数学模型使用数学的形式表示设计问题的特征和追求目标，是对实际问题的特征或本质的抽象。数学模型由设计变量、目标函数和约束条件三个方面的内容组成。设计变量在优化过程中发生改变从而提高性能的一组参数．不同的设计参数代表不同的设计方案。目标函数即要求的最优设计性能，是关于设计变量的函数。约束条件是对设计的限制，即对设计变量和其他性能的要求。优化设计的数学模型为：目标函数．脚气舷l≯2’．-·茗J约束条件枘≤Oq=l，⋯，m)h,(X)---Oa=l，⋯乒)@<功在Optistruct中，目标函数硒、约束函数。㈣与^∞是从有限元分析中获得的结构响应。设计变量x是一个n维向

7、量，它的确定依赖于优化类型。在拓扑优化中，设计变量为单元的密度；在尺寸优化中，设计变量为结构单元的属性，优化设计就是在约束的条件下，求解目标函数的最优值。1．2基于OPtistruot的拓扑优化设计流程【1】FormulaSAE车架拓扑优化流程如图l所示。首先是构建拓扑优化设计空间，划分网格，并根据一33—2011年第7期农业装备与车辆工程各种不同工况施加约束及载荷，完成计算机模型的建立。最后设置拓扑优化参数，进行拓扑优化计算。在得到拓扑优化结果后，需要分析拓扑优化结果的合理性。由于有限元法中的单元形状和大小均具有很强的不规则性，得到的拓扑优化结果会出现不规则边

8、界和连通区域，因此必须对