基于整体拓扑优化的白车身轻量化设计

拓扑优化设计在轻量化结构中的应用研究

拓扑优化设计在轻量化结构中的应用研究轻量化结构设计目前已经成为了工程领域中的一个热点话题。

轻量化不仅可以有效地提高产品的功能，还可以降低结构成本以及对环境的影响。

而拓扑优化设计则是一种基于形状优化的新技术，它可以优化产品的结构形状，从而使得结构更加轻便，性能更加出色。

本文将深入探讨拓扑优化设计在轻量化结构中的应用研究。

一、拓扑优化设计的基本原理拓扑优化设计是一种结构优化的方法，其目的是在给定的约束条件下，寻找出最优的结构形状，以便达到某种性能需求。

拓扑优化一般分为两种，一种是基于密度的拓扑优化，另一种则是基于位形的拓扑优化。

基于密度的拓扑优化是通过对结构内部的某种密度函数进行优化，来实现最终设计结构的轻量化。

在该方法中，研究人员通常会将结构划分成像素或有限元网格的形式，然后通过调整像素或有限元的密度来改变资料的位置和形状，以实现设计目标。

基于位形的拓扑优化是将结构的固有位形变量视为设计变量，通过调整位形的取值来获得更好的设计。

在该方法中，位形的取值范围通常是一个代数表达式，该表达式包含了一些参数，通过优化这些参数，可以得到更加适合的设计。

不管是基于密度的拓扑优化还是基于位形的拓扑优化，其核心原理都是通过优化结构的形状，来达到轻量化的效果。

二、拓扑优化设计在轻量化结构中的应用在轻量化结构的应用中，拓扑优化设计已经得到了广泛的应用。

当前，拓扑优化设计多数被用于轻量化材料的应用，包括复杂结构的钛合金部件，高强度结构材料的几何设计等。

在实际应用中，拓扑优化设计主要被用于以下几个方面：1. 功能集成设计在功能集成设计中，拓扑优化设计可以将不同的部件通过优化满足不同的功能，从而实现针对性的功能集成。

例如可以利用拓扑优化方法进行热设计，实现汽车发动机的氧气输送管和冷却水管的综合优化设计，使得发动机更加轻便。

2. 级数优化设计在级数优化设计中，拓扑优化设计可以通过改变部件的大小、形状及位置等方法，从而优化级数的大小。

设计报告内容-轻量化设计分析报告

序号
零件
轻量化方案
备注
PA
3
加油口盖
PPO/PA
4
防撞杆
防撞杆连接板
高强度钢
5
车门内板
激光拼焊
6
前纵梁
激光拼焊、高强度钢
7
A/B柱加强板
高强度钢、激光拼焊
8
前、后保险杠横梁
超高强度钢、热压成形
9
车身结构件、加强件
高强度钢
10
白车身
有限元分析
根据分析结果进行结构优化
设计报告内容-轻量化设计分析报告
设计报告
车型
T13
文件编号
系统
白车身系统
日期
项目
T13
编制
属性
新材料新技术及轻量化设计分析报告
审核
白车身的轻量化设计主要是通过开减重孔、应用新材料新技术的方法。可以考虑加以利用的新材料新技术有以下几点：
一、采用（超）高强度钢板代替普通钢板
目前高强度钢板的生产及加工技术已经很成熟，用来代替普通钢板生产零件可以减小零件厚度，可以实现车身减重的目的，同时还能获得比普通钢板更优的碰撞安全性能。
四、利用有限元分析进行优化设计
利用有限元分析和优化设计方法进行结构分析和结构优化设计，在保证强度和钢度的前提下在适当的地方开减重孔，也可以减小车身的重量。
设计报告
车型
T13
文件编号
系统
白车身系统
日期
项目
T13
编制
属性
新材料新技术及轻量化设计分析报告
审核
综上所述，T13可供考虑的轻量化设计清单如下：
高强度钢可用于各结构件、加强件如前纵梁、A/B柱及其加强板等零件。超高强度钢主要可用于防撞杆/梁、前后保险杠安装横梁。

张继游_基于OptiStruct的白车身拓扑优化研究

1 min m q Ck ( ρ ) − Ck q q ρ C w min ( ) [ ( ) ] = ∑ k C kmax − C kmin k −1 m n Vjρ k s.t. ∑ ∑ j −V ≤ 0 k =1 j =1 0 < ρ min ≤ ρ j < 1 j = 1,, n k = 1,, m
图 3 弯曲刚度工况优化结果 (2）扭转刚度工况
图 4 柔度迭代过程
图 5 优化结果解析
扭转刚度工况优化结果如图 6 所示。柔度经过 80 迭代，最终优化的最小柔度为 97.7N·mm，迭代过程如图 7 所示。由图 8 可知，材料在备胎前横梁①和后横梁堆积②，可知该两个结构对扭转刚度作用大，同时后纵梁中段前横梁①通过载荷传递路径与门槛梁③前端相连。
图 12 后面碰撞工况优化结果 (5）侧面碰撞工况
图 13 柔度迭代过程
图 14 优化结果解析
侧面碰撞工况优化结果如图 15 所示。柔度经过 18 迭代，最终优化的最小柔度为 9.5KN·mm，迭代过程如图 16 所示。由图 17 可知，载荷传递路径有 3 条，分别是门槛梁前端横梁①、门槛梁中部横梁②和门槛梁末端横梁③。
图 15 侧面碰撞工况优化结果
图 16 柔度迭代过程
图 17 优化结果解析
本研究通过对五个单独分析工况进行拓扑优化，获取各个工况的最佳材料分布和载荷传递路径，载荷传递路径上的零件，即为保证对应工况性能要求的关键部件，为前期车身架构设计提供指导意见，将在后期的性能优化中获得重点关注。
3.3 综合工况优化结果分析
综合优化工况包括刚度工况（弯曲刚度和扭转刚度）、碰撞工况(正面碰撞、后面碰撞和侧面碰撞)。对于每一种工况，都会有不同的拓扑优化结构与之对应，为了找到满足各主要工况的拓扑结构，本文采用折衷规划法，参见公式（3.1），其中，

汽车白车身铝合金应用策略和结构设计简析

汽车白车身铝合金应用策略和结构设计简析近年来，汽车行业对于轻量化材料的需求越来越高，白车身铝合金作为一种重要的轻量化材料被广泛应用于汽车制造中。

本文将从应用策略和结构设计两个方面对汽车白车身铝合金进行简析。

一、应用策略1. 轻量化需求推动白车身铝合金应用随着环保意识的增强和燃油效率的要求，汽车制造商对于汽车整车重量的控制越来越严格。

白车身铝合金因其轻质高强度的特点成为了替代传统钢材的理想材料。

通过使用白车身铝合金，可以降低车身重量，提高车辆的燃油经济性和操控性能，满足消费者对于节能环保的需求。

2. 不同车型应用策略的差异白车身铝合金的应用策略在不同车型之间存在差异。

一般来说，高端豪华车型更倾向于采用白车身铝合金，因为其制造成本较高，但可以提供更好的操控性能和燃油经济性。

而中低档车型则更多采用钢材，以降低制造成本。

然而，随着白车身铝合金生产工艺的不断改进和成本的降低，中低档车型也逐渐开始采用白车身铝合金，以提升整车性能和节能环保指标。

二、结构设计1. 材料选择与强度设计在白车身铝合金的结构设计中，首先需要根据车辆的使用场景和预期的性能要求选择合适的铝合金材料。

不同的铝合金材料具有不同的强度和韧性特点，需要根据车身结构的受力情况进行合理的选择。

同时，还需要进行强度设计，确保白车身铝合金在正常使用过程中具有足够的强度和刚度，以保证车辆的安全性和稳定性。

2. 结构设计优化白车身铝合金的结构设计需要考虑到多个因素，包括强度、刚度、疲劳寿命、安全性等。

通过优化设计，可以在保证结构强度的前提下，尽可能减少材料的使用量，实现车身的轻量化。

例如，可以采用蜂窝结构、梁柱结构等设计方法，提高结构的刚度和强度。

此外，还可以通过应用高强度铝合金和复合材料等新材料，进一步减轻车身重量。

3. 制造工艺和连接技术白车身铝合金的制造工艺和连接技术对于车身结构的性能和质量至关重要。

制造工艺包括板料成形、焊接、涂装等过程，需要保证每个环节的精准控制，以确保车身结构的精度和表面质量。

SAE-ChinaJ0703-2013《轿车白车身轻量化设计方法》讲解

GB/T 4780-2000《汽车车身术语》；
GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》；
GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》；
GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》；
SAE-China J0702－2013技术规范“普通乘用车白车身弯曲刚度测试方法”；
4.2
按照国家标准GB20071-2006《乘用车侧面碰撞的乘员保护》，进行基于侧面碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如侧面压溃量、白车身吸能量、B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
4.3
按照国家标准GB/T20913-2007《乘用车正面偏置碰撞的乘员保护》，进行基于正面偏置碰撞的白车身结构轻量化设计时，只考虑白车身结构的抗撞性评价指标如前端压溃量、白车身吸能量、防火墙侵入量和B柱加速度等，不考虑车内假人的伤害指标。
5.2
在进行整车被动安全性分析模型验证时，考虑到车身的四门两盖和门窗玻璃对整车被动安全性仿真分析结果有重要影响，车身有限元模型中包含四门两盖和门窗玻璃模型。
5.2.1
按照国家标准GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》，进行刚性壁障整车正面碰撞仿真分析，其假人伤害指标应满足标准规定要求；提取白车身结构抗撞性评价指标，如前端最大压溃量、B柱碰撞加速度曲线、防火墙最大侵入量、白车身吸能量曲线。
3.2
白车身产生单位扭转角所需要的外加扭矩，它表征了白车身抵抗扭转弹性变形的能力。
3.3
使白车身产生单位弯曲变形所需的弯矩，它表征了白车身抵抗弹性弯曲变形的能力。
3.4
指轿车前后轮距的平均值与轴距的乘积。
3.5
指白车身的性能指标，如弯曲刚度、扭转刚度、一阶整体弯曲频率、一阶整体扭转频率等，相对白车身结构设计变量如板厚、梁截面面积和形状尺寸等的一阶导数。

车身扭转刚度分析及拓扑优化

白车身扭转刚度分析及拓扑优化Torsion Stiffness Analysis and TopologyOptimization of Body in White摘要: 白车身（Body in White, BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各方面的性能有着直接或间接的影响。

本文在已有量产车型基础上，运用HyperMorph工具建立了轴距加长150 mm对应的Morph模型。

以Morph模型为研究对象，以扭转工况对应的柔度最小化为目标，利用OptiStruct软件进行了拓扑优化分析。

基于拓扑优化结果，对后地板横梁加强板、连接板、后围结构进行了形状优化和截面优化，优化后扭转刚度提升了4.85 %，对后续的设计具有一定的指导意义。

关键词:白车身，Morph模型，扭转刚度，OptiStruct，拓扑优化Abstract:The torsion stiffness of the Body in White (BIW) is one of the important mechanical properties of the body, and has a direct or indirect effect on the performance of all aspects of the vehicle. In this paper, based on the existing production models, the corresponding Morph model with 150 mm longer wheelbase was established by using HyperMorph tool. Then, taking Morph model as the research object and aiming at minimizing the compliance corresponding to the BIW torsion condition, topology optimization analysis was carried out by using OptiStruct software. Finally, based on the results of topology optimization, shape and section optimization were carried out for the rear floor beam reinforcing plate, connecting plate and the rear frame structure. As a result, the torsion stiffness is improved by 4.85 % after optimization, which has certain guiding significance for the subsequent design.Key words:Body in White, Morph model, torsion stiffness, OptiStruct, topology optimization1 概述随着经济的快速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。

白车身骨架模态研究与结构优化设计

2024年第2期47白车身骨架模态研究与结构优化设计马保林，熊辉，张略（奇瑞汽车股份有限公司，芜湖 241000）摘要：为了提高某承载式车身骨架的模态，解决其在汽车行驶过程中与外界激励频率重合产生共振和异响，改善白车身骨架的NVH性能，对某轿车白车身进行研究并对关键零部件进行了结构优化设计，并进行有限元分析验证。

根据有限元分析及实车验证，这些结构优化方案对改善车身模态频率具有良好的效果，为其他车型提供设计参考。

关键词：模态分析，结构优化，白车身，有限元分析中图分类号：U463.8 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2024）02-0047-05Research on the BIW Modal and Optimization Design of theStructuralMA Bao-lin, XIONG Hui, ZHANG Lue (Chery Automobile Co., Ltd., WuHu 241000, China)Abstract: In order to improve the mode of a load-bearing body frame, solve the resonance and abnormal noise caused by its overlap with the external excitation frequency during the driving process of the car, and improve the NVH performance of the BIW skeleton, the BIW of a car was studied, and the structural optimization design of key components was carried out, and the finite element analysis was carried out to verify it. According to the finite element analysis and actual vehicle verification, these structural optimization schemes have a good effect on improving the modal frequency of the body, and provide design reference for other models.Key Words: Modal Analysis; Structural Optimization; Body-In-White; Finite Element Analysisdoi:10.3969/j.issn.1005-2550.2024.02.008 收稿日期：2024-01-021 前言随着我国汽车行业的飞速发展，乘员对于汽车振动噪声品质的要求不断提高。

基于拓扑优化的白车身扭转刚度性能设计

10.16638/ki.1671-7988.2019.17.066基于拓扑优化的白车身扭转刚度性能设计李铁柱，华睿，黄维（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：车身扭转刚度对整车操纵稳定性和NVH性能具有重要的影响，是车身设计的重点和难点。

文章针对某车型白车身的扭转刚度性能提升设计，通过采用局部结构拓扑优化的方法，有效识别了提升性能的局部拓扑优化结构，以最少的重量增加实现性能最大化设计，并制作了实际加强方案，白车身仿真分析验证了方案的有效性。

关键字：拓扑优化；白车身；扭转刚度；轻量化中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)17-180-03Torsional Stiffness Performance Design of Body-in-White Based onTopology OptimizationLi Tiezhu, Hua Rui, Huang Wei( Anhui Jianghuai Automotive Group Co. Ltd, Anhui Hefei 230601 )Abstract:Torsion stiffness of the body structure has an important impact on vehicle handling stability and NVH performance, and is the focus and difficulty of body design. In this paper, the torsional stiffness performance improvement design of a body-in-white of a vehicle model is studied. The topology optimization method is used for the local body structure design. The structure of the improving performance is effectively identified, and the performance maximization design is realized with the least weight increase, and the actual reinforcement scheme is produced. The simulation analysis of the body-in-white verifies the effectiveness of the scheme.Keywords: Topology Optimization; Body In White; Torsion Stiffness; LightweightCLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)17-180-031 引言汽车行业竞争日益加剧，消费者对汽车的安全性、NVH、操纵驾驶性和疲劳耐久性也越来越重视。

拓扑优化设计在汽车轻量化中的应用

拓扑优化设计在汽车轻量化中的应用汽车轻量化是目前汽车行业最为关注的话题之一，它能够有效地提升汽车燃油效率，降低碳排放，减少环境污染。

在轻量化过程中，拓扑优化设计成为一种非常重要的工具和手段，它能够通过对汽车结构设计进行深入优化，实现轻量化的目标。

本文将对拓扑优化设计在汽车轻量化领域中的应用进行详细探讨。

一、拓扑优化设计的基本原理拓扑优化设计是一种基于自然界优秀形态的设计方法，在工程领域中得到了广泛应用。

其基本原理是通过对结构形态进行重新分布和优化，去除无用部分，加强有用部分，最大限度地利用材料，实现设计目标。

拓扑优化设计主要通过三个步骤完成：定义设计域、建立目标函数和选择优化方法。

其中，定义设计域是非常重要的一步，需要考虑到多种因素，包括材料特性、结构形态、加工难度等。

二、拓扑优化设计在汽车轻量化中的应用实例拓扑优化设计在轻量化领域中有着广泛的应用，其中在汽车领域中的应用较多，下面将分别从车身结构、发动机部件和悬架系统三个方面进行阐述。

1. 车身结构车身结构的轻量化设计是汽车轻量化的重要方向之一，它不仅能够降低车身重量，而且还能够提升车身强度和刚度。

在车身结构中，拓扑优化设计可应用于整车结构的轻量化改进和局部结构件的优化设计。

例如，在一款SUV车的轻量化设计中，针对车身前、中、后部分分别进行了优化设计，经过拓扑优化后，整车质量降低了15%，车身强度提升了20%，同时还提高了燃油效率和行车稳定性。

2. 发动机部件发动机作为汽车的“心脏”，其设计对于汽车性能和轻量化至关重要。

拓扑优化设计在发动机部件的轻量化设计中能够起到非常重要的作用。

例如，在一款柴油发动机的轻量化设计中，通过对气缸盖结构进行优化，经过拓扑优化后，气缸盖质量降低了30%，同时还提升了气缸盖的强度和耐磨性。

3. 悬架系统悬架系统是汽车的重要组成部分之一，其设计对于汽车行驶舒适性、稳定性和安全性都有着非常重要的影响。

拓扑优化设计在悬架系统的轻量化设计中也有着应用，例如，在一款商用车的悬架系统中，通过对转向节进行优化，经过拓扑优化后，转向节的质量降低了40%，同时还提升了悬架系统的稳定性和耐久性。

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计随着科技的不断发展，汽车行业也在不断向前推进。

在汽车设计中，车身结构是至关重要的一部分。

一个优秀的车身结构设计不仅影响着汽车的性能和安全性，还直接影响着汽车的外观设计和空间利用率。

而如何设计出一个理想的车身结构，一直是汽车制造商们不断探索和追求的目标。

在车身结构设计中，多模型拓扑优化方法是一种非常有效的设计手段。

本文将围绕基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计展开阐述，介绍其原理、应用和未来发展趋势，从而帮助读者更深入地了解车身结构设计的相关内容。

一、多模型拓扑优化方法的基本原理多模型拓扑优化方法是一种基于多个模型的拓扑优化方法。

在传统的拓扑优化方法中，只能处理单一的模型，难以满足设计中的多种需求。

而多模型拓扑优化方法则可以同时处理多个模型，从而在满足设计要求的前提下，获取更加优化的设计方案。

其基本原理可以概括为以下几个步骤：1.建立多个模型：需要建立多个候选模型，这些模型可以是基于不同的设计理念和目标，也可以是对同一设计目标的不同方案。

2.进行拓扑优化：接下来，对这些候选模型进行拓扑优化，通过对模型的结构进行调整和优化，以满足设计要求和性能指标。

3.比较分析：对优化后的多个模型进行比较分析，从中选取最优的设计方案。

多模型拓扑优化方法的基本原理就是通过同时处理多个模型，获取更加优化的设计方案。

这种方法可以在设计中充分考虑多种设计要求和性能指标，从而得到更加全面和优化的设计方案。

在车身结构的概念设计阶段，设计师需要考虑到车辆的整体形状、结构强度、轻量化和空气动力学等多种因素。

而基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计，可以在满足这些多种设计要求的前提下，获取更加优化的设计方案。

2.满足不同性能指标的优化设计：在车身结构的概念设计中，不同的性能指标往往需要针对不同的设计方案进行优化。

如结构强度需要通过结构布局和材料优化来实现，空气动力学性能需要通过外形调整和流场优化来实现。

轻量化车身平台架构设计方法研究

10.16638/ki.1671-7988.2019.22.048轻量化车身平台架构设计方法研究麻桂艳，李成鑫，汤湧（华晨汽车工程研究院白车身工程室，辽宁沈阳110141）摘要：文章以我公司某平台车型为例，主要介绍了白车身平台架构设计方法。

即基于整车平台架构开发流程下，采用参数化CAD建模方法，参数化CAE网格划分方法，在项目前期实现CAD、CAE部门的高效配合，快速寻找车身拓扑结构，合理化车身模块化分块。

车身平台架构设计方法提高了车身零件的通用化率、缩短了车型的开发周期，减少了车身重量，降低了单车的开发成本。

关键词：车身；架构；参数化中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)22-138-03The Study on Architectural Design Method of Lightweight Car BodyMa Guiyan, Li Chengxin, Tang Yong( Brilliance Automotive Engineering Research Institute BIW Section, Liaoning Shenyang 110141 )Abstract: This paper takes a platform vehicle model of our company as an example, that is based on thedevelopment process of vehicle platform architecture, parametric CAD Modeling Method, parametric CAE mesh generation method, implemen -ting efficient cooperation between CAD and CAE departments in the early stage of the project, fast search for body topology, rationalization of modular partitioning of car body. The design method of car body platform structure improves the generaliza -tion rate of car body parts, Shorten the development cycle of vehicle models, reduced car body weight, reducing the develop -ment cost of car body.Keywords: Car Body; Architecture; ParameterizationCLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)22-138-03前言车身一般分为上车身和下车身，上车身主要和造型相关，下车身一般用于承载发动机、底盘及电子电气零件。

汽车车身结构的轻量化设计与优化

汽车车身结构的轻量化设计与优化随着环保意识的增强和能源问题的突出，汽车工业正朝着轻量化的方向发展。

车身结构作为汽车的重要组成部分，其轻量化设计与优化具有重要意义。

本文将讨论汽车车身结构轻量化设计与优化的相关问题，并提出一些有效的方法和技术。

一、轻量化设计的必要性现今社会对环境负担越来越大，对于汽车行业而言，减少汽车自身的重量能够降低燃油消耗，并减少对环境的污染。

此外，轻量化还能提高汽车的操控性能、减少噪音和振动等，提升乘坐舒适度和安全性。

二、轻量化设计的原则1. 材料选择：在轻量化设计中，材料的选择至关重要。

高强度、高刚度、低密度的材料是首选，如高强度钢、铝合金等。

此外，也可以考虑使用轻质复合材料。

2. 结构优化：通过结构优化，可以在保持强度和刚度的前提下减少材料的使用量。

合理的结构设计和形状优化能够减少应力集中和振动问题，提高车身的整体性能。

3. 制造工艺：选择合适的制造工艺也是轻量化设计的一项重要考虑因素。

采用先进的制造方法可以降低车身的自重，并提高生产效率。

三、轻量化设计的方法与技术1. 拓扑优化：通过拓扑优化技术，可以确定出最佳的结构布局，以减少材料使用量并保持足够的强度。

拓扑优化能够帮助工程师发现车身结构中不必要的部分，从而实现轻量化设计。

2. 材料优化：根据汽车的工作环境和功能要求，针对每个部位选择最合适的材料。

通过优化材料的选择，可以达到轻量化设计的目标，同时保证车身的性能和安全性。

3. 多材料结构设计：通过将不同材料进行组合，并充分发挥各自的优势，可以实现汽车车身结构的轻量化。

例如，将铝合金与钢材进行结合，既减轻了总重量，又提高了刚度和强度。

四、轻量化设计的挑战与前景在轻量化设计过程中，还存在着一些挑战。

例如，新材料的研发和生产成本较高，制造工艺的改进和调整需要时间和经费投入。

然而，随着科技的不断进步和相关政策的支持，汽车的轻量化设计将会取得更大的突破和进展。

从长远来看，汽车车身结构的轻量化设计与优化将成为未来汽车工业的一个重要发展方向。

基于DOE的汽车白车身结构优化

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计基于DOE的汽车白车身结构优化荣升格　周俊锋　施帆君　胡骏奇瑞新能源汽车股份有限公司安徽省芜湖市 241000摘要：汽车行业是我国国民经济的重要支柱产业之一，同时也是一个国家安全的关键因素。

随着经济的发展和人民生活水平的提高，汽车的保有量也在不断增加，人们对汽车的要求越来越高，因此，对车身的设计提出了更高的标准和更高的质量需求。

而DOE及轻量化在质量控制的整个过程中扮演了非常重要的角色，它是产品质量提高，工艺流程改善的重要保证。

关键词：DOE　汽车　白车身　结构优化1　引言目前，国内大多数的汽车生产企业都在采用以HBS(SUV)为核心的技术来满足用户的不同需要，但由于车身的结构形式的多样性，以及其性能的差异性，使得其在实际使用过程中存在着许多的问题与缺陷。

本文针对以上的现状进行研究，并结合国内外的相关理论，通过查阅大量的文献资料，分析出适合于白车身结构优化的方法。

2　研究综述2.1　研究背景随着汽车行业的发展和人们对汽车的需求量越来越大，汽车保有量的增长速度也在不断的加快中。

由于汽车的普及和道路建设的完善，以及城市交通的日益拥挤，导致交通事故的发生频率也在增加。

据有关部门的数据显示，我国每年因车祸造成的人员伤亡人数较多，并且死亡率高达30%。

因此，如何提高公路的使用效率，降低事故的发生率成为了社会的热点问题。

2.2　研究意义目前，国内大多数的汽车厂都采用的是传统的车身结构，即底盘的布置方式，这种设计的弊端就是容易使驾驶员产生疲劳感，从而影响到乘客的舒适度。

为了解决这个弊端，国内外许多的厂家开始着手改善车身的外形、色彩、发动机的运行性能等方面的优化工作。

对于白车身的改进，就需要对白车身进行优化，通过改变零部件的尺寸来达到减少碰撞的目的；同时，还可以根据不同的行驶环境来调整车型的大小与位置，以满足更多的人出行的要求；最后，还能够提升整车的安全系数，保证其具有良好的燃油经济性[1]。

拓扑优化技术在汽车设计中的应用

拓扑优化技术在汽车设计中的应用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。

本文对拓扑优化技术的基本理论进行了阐述，介绍了拓扑优化设计的基本研究方法，并在此基础上对拓扑优化技术在汽车设计中的应用进行了论述，提出了拓扑优化技术在理论、实践方面的研究方向。

标签：拓扑优化技术；汽车设计；应用0 前言作为结构优化设计的一门新技术，拓扑优化技术在汽车、机床、电子机械等领域中已经得到了广泛地应用。

传统的结构优化设计具有一定的盲目性，完全依赖于工程师的经验，并且需要做大量的实验，周期较长且成本较高。

现阶段，通过在结构优化设计的初始阶段引入拓扑优化技术，大大提高了结构设计的合理性，改变了传统的仅凭经验来设计的理念。

拓扑优化技术是指在指定的设计空间内，重新规划材料分布，使得部件的某种性能满足设计者的要求。

拓扑优化技术主要探讨结构材料的分布形式和构件的联结方式，运用去除材料、增加孔洞数量等拓扑优化形式，旨在使结构在满足应力、位移等约束条件下，其强度或固有特性等指标达到最优。

1 拓扑优化技术概述结构拓扑优化设计的主要思想是将结构优化问题转化为材料优化问题，并在给定的设计区域内进行优化计算。

拓扑优化设计的思路首先需给定材料类型和设计方法，在此基础上得到既满足约束条件又能使目标函数最优的结构布置形式。

由于拓扑优化设计初始约束条件较少，工程师仅需给定设计域而不必清楚具体的结构拓扑形式。

拓扑优化设计是在指定的设计区域内，通过迭代过程计算求解材料最优分布的一种优化手段。

以某种材料为例进行说明，首先需定义材料分布形式，再以灵敏度计算、结构分析、修改材料分布等方式进行迭代计算。

经过多轮迭代优化后，材料分布逐渐趋于稳定，优化过程结束。

对于连续体优化问题，通过计算通常可得到最优的材料分布形式，使设计结构达到最优。

在进行优化设计之前需明确设计区域、目标约束及分析类型模型等因素，用户可直接监视优化过程，在优化结束后需对结果进行后处理。

白车身基于灵敏度分析减重优化技术

2020年4月机电技术白车身基于灵敏度分析减重优化技术许苘（东南（福建）汽车工业有限公司，福建福州350119）摘要：建立某SUV 车型白车身的有限元模型并分析计算车身刚度及其模态，在此基础上分析板厚对对白车身弯扭组合工况的灵敏度，找出影响车身结构特性的关键结构，对板厚进行优化分析，实现车身轻量化设计。

优化结果显示：通过车身刚度灵敏度分析及其板厚优化，可实现车身的减重优化，为车身的优化设计提供参考。

关键词：白车身；灵敏度分析；弯扭刚度；优化中图分类号：U463.82文献标识码：A文章编号：1672-4801（2020）02-070-03DOI:10.19508/ki.1672-4801.2020.02.020作者简介：许苘（1975—），男，高级工程师，从事汽车整车设计及整车性能控制研究。

汽车轻量化已成为国家发展战略中的一个重要的方面，是实现节能、环保的重要途径[1]。

汽车的车身轻量化技术有利于乘用车节能减排，同时还能提高其动力性、燃油经济性，降低生产成本。

随着国家节能战略的推进，汽车轻量化技术将越发变得重要。

因此，车身设计时除了满足车身刚度、模态、安全等性能要求外，如何减轻车身重量也成为重要开发目标。

汽车轻量化实现手段主要有3种：基于灵敏度分析、拓扑优化以及多学科优化的轻量化设计技术；材料轻量化技术；制造轻量化技术[2]。

目前，汽车企业在产品研发过程中采用较多的是结构灵敏度分析方法。

其基本思路就是先建立有限元模型，通过分析车身结构设计参数对车身结构性能参数（刚度、模态等）响应的变化规律，得到灵敏度结果，从而定义设计空间，对结构的板厚进行优化，最后得到满足性能要求的减重优化方案，并针对其设计缺陷提出优化改进措施。

本文以某SUV 车型为例，进行板厚灵敏度分析，提出了一种基于板厚的减重优化方法，得到减重优化方案。

1白车身刚度分析1.1白车身模型建立本文某SUV 车型白车身有限元模型如图1所示，车身模型未包含IP 横梁和前保险杆及其附近相连件。

基于拓扑优化的机械结构轻量化设计研究

基于拓扑优化的机械结构轻量化设计研究近年来，随着科技的快速发展和人们环保意识的增强，轻量化设计已经成为机械结构设计领域的热门话题。

轻量化设计旨在减少材料的使用量，提高机械结构的强度和刚度，并减少能源消耗。

而基于拓扑优化的设计方法，正是一种有效的实现轻量化设计的手段。

拓扑优化是一种通过重新分配结构内部材料的方法，以实现优化的结构形状和性能的设计方法。

它主要通过去除没有负荷传递任务的材料来减少机械结构的重量。

拓扑优化方法就像是为结构划定了一个经典的“黑名单”，只留下真正发挥作用的关键材料。

在进行基于拓扑优化的设计时，首先需要建立机械结构的有限元模型，并设定设计的载荷和边界条件。

然后，通过使用优化算法，在结构中去除没有负荷传递任务的材料。

最终得到一个经过优化的轻量化结构。

拓扑优化的核心问题是如何定义机械结构的性能目标函数和约束条件。

常见的目标函数有结构的重量最小化、刚度最大化、振动模态最小化等。

在定义目标函数时，要兼顾结构的重量、刚度和其他性能指标之间的关系，同时考虑制造和成本的因素。

约束条件一般包括材料的强度、稳定性、自重以及装配和加工的限制等。

与传统的结构设计方法相比，基于拓扑优化的设计方法具有许多独特的优势。

首先，拓扑优化可以自动地生成不同形状的结构，满足不同的设计要求，从而提供更多的设计选择。

其次，拓扑优化能够显著减少结构的重量，提高结构的性能，降低能源消耗，达到轻量化设计的目的。

此外，通过去除不需要的材料，拓扑优化还可以降低结构的制造成本，提高生产效率。

近年来，拓扑优化在机械结构轻量化设计中的应用得到了广泛推广。

许多研究机构和企业已经采用拓扑优化方法进行了大量的研究和实践，取得了显著的成果。

例如，某研究团队基于拓扑优化方法，成功设计出一款新型的飞机翼结构，将结构重量减少了30%，提高了飞行速度和燃油效率。

然而，基于拓扑优化的机械结构轻量化设计也存在一些挑战和限制。

首先，拓扑优化方法对初始设计的依赖性较高，需要有合适的初始设计才能获得较好的优化结果。

基于 SFE 参数化模型的灵敏度分析对白车身扭转性能优化的应用探讨

MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺基于SFE参数化模型的灵敏度分析对白车身扭转性能优化的应用探讨刘善英　宁子允　陈祖兴东风柳州汽车有限公司　广西柳州市　545000摘要：方法：本文通过构建SFE参数化模型，并应用拓扑优化手段对白车身结构进行灵敏度分析。

然后根据车身结构灵敏度分析及车身截面灵敏度分析结果进行方案设计与分析验证，以探讨在车身结构设计前期应用SFE及拓扑优化进行车身性能初步分析的可行性。

结论：SFE参数化模型与拓扑优化可以作为车身设计前期可靠的性能分析手段，可提前对车身性能进行评估，并可根据灵敏度提出具有针对性的优化建议，为后续车身设计中性能、重量与成本的平衡具有一定的指导意义。

关键词：SFE　拓扑优化　白车身　灵敏度　结构优化对于白车身系统开发来说，性能、成本、重量是开发的核心目标，但是三者关系复杂，即相互关联又相互矛盾。

日趋严苛的油耗要求是车身重量的主要诉求，重量减少能带来油耗降低、成本降低的显著效益。

但消费者日益关注的性能及不断严苛的安全法规则驱使着车身性能需不断提高，安全、舒适度、操控耐久等则是车身性能的主要诉求[1]。

性能的提升则意味着零件数量的增加、重量的增加、新技术的大量应用等等，相应的给成本与重量提出了较大的需求。

因此车身开发面临着高性能、轻量化、低成本的挑战。

传统的车身开发需要借助多轮CAE仿真分析及优化来达到较为合理的车身结构，整个过程会消耗较长周期。

拓扑优化可以实现多目标的最优化设计，并拟合出精度很高的性能曲线（或曲面）[2]。

在车身设计前期通过SFE参数化模型来获得不同性能要求、不同重量要求的白车身结构，并可直接输出工程化参考数据，指导车身结构设计，可使性能分析及优化工作提前，并提供具有可塑性高的车身结构设计方案。

SFE及拓扑优化近年来逐步被应用在汽车车身设计领域，李铁柱[3]等应用拓扑优化手段识别到车身扭转性能敏感区域，通过对敏感区域进行针对性优化，以最少代价获得最高的性能要求。

车身轻量化设计分析

AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计车身轻量化设计分析汪涛神龙汽车有限公司湖北省武汉市 430056摘要：当前，随着社会经济的快速发展，汽车生产制造中车身轻量化设计与发展趋势日益明显，而应用先进技术则为实现轻量化设计创造了条件。

但轻量化设计中要全面考虑车身材质、灵敏性与碰撞安全性等问题。

所以汽车车身设计中，轻量化设计已成为研究的重要内容。

深入研究车身轻量化设计方法，利于推动车身轻量化发展，对汽车制造行业发展至关重要，基于此，针对车身轻量化设计相关知识，本文进行了简单地论述。

关键词：汽车；车身轻量化设计；建议1　引言随着经济的快速发展，全球经济也日益恶化，原有价格日益增长，加剧了能源危机。

此种情况下，国家发改委提出了能源战略发展要求，节能减排成为目前汽车行业研发的主要趋势。

社会经济快速发展的同时，居民生活品质日益提升，日常生活中汽车拥有量增长，为人们日常生活提供了极大的便利。

近年来，我国汽车产销量再创新高，位居世界榜首。

汽车行业竞争日益研究，而用户节能与环保意识不断增强，对车辆节能减排性能有了新的要求，低油耗成为用户选择与汽车购买的首要因素。

车辆节能性备受汽车企业重视，车身重量对整车节能性有着重要的影响，因而整车性能设计中，轻量化成为重要参考指标。

2　车身轻量化设计目的及意义基于节能与环保要求，汽车轻量化备受社会各界关注，且车身轻量化对汽车油耗与环保有着重要的影响，汽车轻量化目的在于保障汽车安全性能，汽车行驶中实现节能减排效果。

相关行业研究发现，大约75%的油耗离不开整车质量因素，因而降低汽车质量利于减小油耗与排放。

比如汽车行驶阻力公式中，滚动、空气、上坡及加速等方面的阻力共同构成了汽车行驶阻力，其中空气阻力与质量没有关系，其它阻力都与质量间是正比关系，即汽车质量越重其行驶阻力就更大，从而产生更大的油耗。

汽车行驶中，质量减小10%，其油耗就会降低8%，排放量也会减少4%。

一般轿车或SUV车型，汽车总质量中车身占到30%。