基于Optistruct的全塑汽车前端模块拓扑优化设计.pdf

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1、10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.16.035基于Optistruct的全塑汽车前端模块拓扑优化设计阚洪贵，唐程光，李铁柱（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：塑料前端模块技术是关键汽车轻量化技术的之一。文章针对某车型全塑前端模块结构，通过采用拓扑优化的方法，并结合折衷算法展开多目标的拓扑优化设计，得到全塑前端模块的最优化拓扑结构。最终通过仿真分析验证，优化后的前端模块在满足设计目标的前提下实现轻量化。关键字：拓扑优化；前端模块；轻量化；仿真分析中图分类号：U467.1文献标识码：A文章编号：1671-7988(201

2、7)16-99-04TopologyOptimizationDesignofFullPlasticFrontEndModuleBasedonOptistructKanHonggui,TangChengguang,LiTiezhui(Anhuijianghuaiautomobilegroupco.,LTD.,AnhuiHefei230601)Abstract:Plasticfront-endmoduletechnologyisoneofthekeyautomotivelightweighttechnology.Inthispaper,basedonthefullpl

3、asticfrontendmodule,thetopologyoptimizationmethodisproposedbyusingthetopologicaloptimizationmethodandthemulti-objectivetopologyoptimizationdesignwiththecompromisealgorithm.Finally,thesimulationresultsshowthattheoptimizedfrontendmoduletomeetthedesigngoalsunderthepremiseoflightweight.Ke

4、ywords:TopologyOptimization;FrontEndModule;Lightweight;SimulationAnalysisCLCNO.:U467.1DocumentCode:AArticleID:1671-7988(2017)16-99-04[2]要选用性能更好的材料和需要一定的空间做加强结构。引言本文针对某车型的前端钢制结构，提取前端模块的性能指标，采用拓扑优化方法完成前端模块的拓扑结构设计，基汽车轻量化是解决“节能”、“安全”、“环保”的最有效于此拓扑结构的前端模块在性能不降低的前提下相对优化前手段之一。研究表明，汽车每降低100kg，

5、可节省燃油0.3～[1]全塑前端模块实现重量降低约5.7%，相对传统钢制前段结构0.5L/100km，可减少二氧化碳排放8～11kg/100km。随着实现重量降低约38.7%，最终通过仿真验证了改进方案的有材料科学技术的进步，“以塑代钢”技术在汽车上应用越来越效性。广泛，汽车前端结构的塑料化是“以塑代钢”技术在汽车的应用的典型案例。1某车型前端模块设计概述汽车前端结构在行业内通常称为前端模块。目前，汽车行业内的前端模块根据材质划分为金属骨架、混合骨架、组某车型的前端模块采用全塑设计方案，集成了前大灯合骨架、纯塑骨架四大类。其中，纯注塑骨架又可称之为全（⑥）、散热器

6、（⑧）、冷凝器（⑦）、油冷器（⑤）、发动机塑前端模块，其轻量化优势最为明显，但由于全塑结构，要盖锁（②）、喇叭（④）、前防撞梁（①）等七大类主要部件，达到足够的结构强度，需要在材料和结构进行考虑，往往需集成部件如下图1所示。根据前端模块集成的零部件，结合汽车的服役情况，该作者简介：阚洪贵，(1983-)，男，本科，工程师，就职于安徽江淮全塑前端模块服役的主要工况为以下4类：汽车集团股份有限公司技术中心。主要研究方向：汽车车身设计。100汽车实用技术2017年第16期（1）发动机盖锁固定区域极限拉伸：前端模块上部集成的连接，其余则为拓扑优化设计空间，如图2所示。了发

7、动机盖锁体，发动机盖前部通过该锁体连接到前端模块上，再通过前端模块固定到车体上。在车辆使用过程中，前端模块会受到高速气流作用于发动机盖的极限开启拉伸载荷，该载荷最大达5300N。图2前端模块设计空间2.2优化模型建立前端模块结构拓扑优化是结合有限元方法实现的，首先建立了前端模块设计空间的有限元模型，如图3所示。本文主要采用Altair公司开发的Hypermesh软件完成有限元模型的建立，设计和非设计空间采用了四面体实体单元建模，设计和非设计空间之间采用共节点方式进行连接，单元平均尺寸为8mm。设计和非设计空间材料均采用了弹性材料模型，材料弹性模量为5300MPa，

8、泊松比为0