拓扑优化技术在汽车结构件设计中应用--瞿元

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1、拓扑优化技术在汽车结构件设计中的应用--瞿元本文由20803001贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。2007Altair大中国区用户技术大会论文集拓扑优化技术在汽车结构件设计中的应用瞿元徐有忠张林波张宏波张关良奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院-1-2007Altair大中国区用户技术大会论文集拓扑优化技术在汽车结构件设计中的应用TopologyTechnologyApplicationOnAutomobileStructuralComponentOp

2、timizationDesign瞿元徐有忠张林波张宏波张关良（奇瑞汽车有限公司汽车工程研究院安徽省芜湖市241009）摘要：面对日益严峻的能源形势，以节能为目标的轻量化设计成为各大汽车厂商追求目标之一。在概述典型优化设计方法在汽车设计中应用情况的基础上，本文着重对拓扑优化基本理论做了阐述；并以三个有代表性的汽车结构件为对象进行了优化设计。结果发现，汽车结构件不仅减重效果明显，而且结构性能也获得有效提升。关键词：拓扑优化优化理论轻量化结构件设计Abstract:Becauseofpressuresone

3、nergy,lightweightdesignisbecomingoneofimportantgoalsformostofautomobilecompanies.Inthepaper,theapplicationstatusoftypicaloptimizationmethodsonautomobiledesignissummarized,andthetopologybasictheoryisdescribedspecially.Threerepresentativestructuralcompone

4、ntsaredesignedbasedonoptimizationmethods.Thesimulationresultsindicatethattheweightreducingofthecomponentsisobviousandtheirstructuralperformancesareeffectivelyimproved.Keywords:TopologyOptimization;OptimizationTheory;Lightweight;StructuralComponentDesign

5、1前言随着社会的发展，无论是国家有关节能环保的号召，还是整车企业和零部件供应商降低成本的实际需要，都要求设计人员用更系统、更科学的设计思路和方法，提高产品的开发效率、节约原材料、降低成本和提高产品质量。在汽车零部件开发过程中，引入优化设计方法是实现这些目的的较好手段。结构优化设计源于马克思威尔理论和米歇尔桁架的研究，许多人在结构优化的理论研究和工程应用方面作了相当多的工作[1]。在汽车零部件开发过程中，许多公司的研究人员为了改善产品、提升性能，在节能、减重等方面做了大量的努力。国外各大汽车公司已形成了

6、-2-2007Altair大中国区用户技术大会论文集比较完善的优化体系，在应用上也取得了很多成果。DaimlerChrysler巴西公司的工程师运用优化技术改进了一款客车的底盘车架结构[2]。为了能充分使用该车的最大承载轴荷，满足市场的需要，要求该车在满足相关性能的前提下，尽可能地减轻车身本体的重量，这样可以承载更多的乘客和行李。改进前，首先分析了部件的当前性能，在数值模拟的基础上，以减重为目标，进行尺寸优化，最后进行试验测试。Magna的工程师综合运用形状优化、拓扑优化和疲劳分析手段，对悬架部件进行

7、改进[3]。Ford公司的工程师运用尺寸优化分析拖曳臂在车身侧安装支架的厚度，以期解决该结构的疲劳问题[4]。文献[5]使用尺寸优化和形貌优化技术，对某卡车的减震器支架进行了优化，有效减轻了结构的重量。文献[6]对某McPherson后悬架的副车架进行拓扑优化，在该优化过程中，没有直接对结构的体积进行约束，而是对最大平均应力和一阶频率提出相关要求。但是在国内，优化设计的应用多集中在车身板件的尺寸优化上，在拓扑优化应用方面，也多限于支架。比如文献[7]对动力总成支架加强筋的分布进行拓扑优化，文献[8]对

8、支架结构进行拓扑和形状的联合优化。鉴于此，对拓扑优化在汽车零部件设计中的应用加大研究力度，具有非常重要的意义。2拓扑优化基本理论结构优化技术综合了力学理论、数学规划、计算机科学以及各工程学科的不同理论，将计算机辅助分析手段从被动的校核提升到主动设计上。就目前而言，结构的尺寸优化方法相对比较成熟，但是结构的拓扑布局技术却远未成熟。自1988年Bendsoe和Kikuchi提出基于均匀化方法的拓扑优化设计理论后，十多年来，拓扑优化方法得到了广泛的研究[1]。