基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究.pdf

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1、第29卷第1期2016年1月机电产品开发与钏崭Development＆I曲ov撕on0fM舵llinery＆Ekc斑calPmductsVO

2、．29．NO．1Jan。2016文章编号：1002—6673(2016)01—026-03基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究廖勇(东风柳州汽车有限公司，广西柳州545000)摘要：以某款汽车顶盖为例，采用碳纤维复合材料替换金属材料。根据复合材料的特点。提出了新型的复合材料优化设计技术，即自由尺寸优化，尺寸优化和铺层顺序优化。并采用这种新型

3、优化方法，对复合材料顶盖进行优化设计，结果表明，在保证刚度的前提下，通过优化设计能大大减轻顶盖的重量，轻量化效果明显。关键词：顶盖；碳纤维复合材料；轻量化；优化设计中图分类号：TB47文献标识码：Adoi：10．3969，i_issn．1002—6673．2016．01．010optiIni孤咖nDesi驴oftheCFRPR∞fBa辩donO叫St眦tLlAoYo鸭(DongfengLiuzllou^-utomobileCo．，Ltd．，LiuzhouG啪g矗545000，Chilla)Abs慨t：T

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5、h衄e叩d工rlizadon．weusedmeneWme山odtodes和dlecompo妣roof砌猢lyzedit．The猢l—ysisresuhsho、^，s山ecoInpositeroofcanreduceweight血r山er．1互ky啊叼ands：roof；CFR．P；Ⅱghtweight；op6nlizadondesi印0引言碳纤维复合材料作为新型的轻量化材料具有密度小、比刚度、比强度高和可设计性强的特点，在航空航天及军用领域得到了大力的发展和应用【l】。在汽车轻量化研究的新形式下，碳纤维

6、复合材料也成为了最具潜力的轻量化设计材料。针对碳纤维复合材料的汽车零部件的设计正在大力的展开。本文以汽车顶盖为研究对象，采用碳纤维复合材料替代金属材料，并利用OptiStnJct对顶盖进行了结构优化设计。根据结果得到了顶盖结构设计方案，使其在保证刚度前提下。实现了轻量化的目标。1研究背景1．1碳纤维复合材料碳纤维是一种力学性能优异的新型材料。它的比重不到钢的1，4．抗拉强度一般都在3500MPa以上是钢的7—9倍，抗拉弹性模量为230—430GPa亦高于钢。因此碳纤维复合材料的比强度和比模量很高。比强度

7、越高，则零修稿日期：2015一”一25作者简介：廖勇。高级工程师。26件自重越少。比模量越高，则零件刚度越大。本文中，选用碳纤维作为复合材料的增强纤维，牌号为，1300；选用环氧树脂为复合材料的基体材料，牌号为树脂5208。选用泡沫作为芯材。基本性能如表1、2所示闭。表1碳纤维基本性能Tab．1ThebasicprOpertiesofthecarbonf．berp瓜g．m4EI，GPaE—GPa仙也Gl／GPa160018l10．30．287．17X删PaXc，MPaY删PaYc，MPas，MPh150

8、0加2415681．2OptistruCt结构优化表2泡沫基本性能理论概述Tab．2Thebasicproperties基于Op碰帕nlct结构优化ofthepure设计方法是通过有限元法对厅面；]—i=_]_i同相应物理问题进行分析计I150o．4915算，得到结构响应，并对结果进行收敛判断，设计灵敏度分析，得到近似模型，然后将物理模型转换为数学模型，利用最优化理论，以数学规划理论为基础，在满足多种约束的前提下，得到最优结果，具体流程如图1所示闭。OptiStmct采用三种方法建立近似模型：最优化准则

9、法、对偶法和可行方向法。后两者都基于设计空间的凸线·产品与市场·也到．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I}．．．．．．．．一FE建模a)建立FE模型b)设置边界条件定义优化问题a)定义设计目标b)定义设计约束／结果＼WI!灵t度分析____●___●●-_-___。___-___——王近______________。_____●。。。。_____——．．．．．．．．．．．．．．．．．：l：．．．．．．．．一优化_●______