基于碰撞安全的白车身架构拓补优化

工程解读后 的优化方案
D D
白车身架构拓扑优化
二：支架结构拓扑优化（1）
基于密度的拓扑优化边界条件 设计变量：PSHELL 约 束: 模态、最大应力 设计目标：体积最小
拓扑优化
支架1 基于轻量化需求，在达到模态、强度要求的前提下，对支架结 构进行拓扑优化，减重0.7Kg。
工程解读后 的优化方案
白车身架构拓扑优化
最大侵入量[mm]
目标值 30
原方案
轻量化方 案
7.2
7.5
40
0.3
0
81
13.5 14.0
65
4.1
4.4
轻量化方案的A柱侵入量，仪表板横梁中点 后移量，转向管柱后移量和上移量均略大于原 方案，但满足目标值要求。
总结：在保证刚强度、安全性能要求的情况下，减重8.16Kg。
工程解读后 的优化方案
B B
C-C
白车身架构拓扑优化
一：下车身骨架结构拓扑优化（3）
基于密度的拓扑优化边界条件 设计变量：PSOLID 约 束: 最大位移、最大应力 设计目标：体积最小
拓扑优化
图一
图二
优化前：右下图中深颜色下车身骨架，材料为铝合金，料厚为3mm，截面如图一所示。
一：下车身骨架结构拓扑优化（2）
基于密度的拓扑优化边界条件 设计变量：PSOLID 约 束: 最大位移、最大应力 设计目标：体积最小
拓扑优化
B-B
图一
图二
优化前：右下图中深颜色下车身骨架为铝合金材料，料厚为8.0mm，截面如 图一所示。 优化后：为实现轻量化，料厚改为6.0mm；
为满足性能要求，通过对实心铝合金梁拓扑优化为图二中的截面。
分析报告
报告编号:
报告状态（初版/过程/最终）:
发布日期:2016.9.10
项目代码: 分析名称: 前版报告编号：
CAD版本 :
基于碰撞安全的白车身架构拓扑优化
无
分析软件:
OPTISTRUCT
参考标准： 标准
总结:
结论：
基于整车安全性能要求的前提下，通过对白车身 骨架、支架进行拓扑优化，减轻重量，实现轻量化， 共减重47.92Kg。经过后期轻量化方案验证，满足正 碰目标要求，保证了安全性能，同时大大降低了整车 成本，节约了资源。
150
2.0
2.1
轻量化方案各测点侵入量，较原 方案略大，但满足目标值要求。
轻量化虚拟验证_正面刚性墙碰撞分析
动态最大值变形云图
轻量化方案前围板的最大侵入量为6.7mm，略大于原方案的 6.4mm，但满足目标值180mm的要求。
轻量化虚拟验证_正面刚性墙碰撞分析
Y1
A1
S
测量点
A1（A柱侵入量） Y1（IP横梁中点后移量） SX(转向管柱后移量) SZ(转向管柱上移量)
汽车轻量化的优势
=
绿色、环境友好型趋势
在保证整车性能并且不改变整体布局的的情况下，通过修改车身骨架材料、料厚、截面类型、 结构特征等，使其结构更合理化、性能化，以此实现材料消耗最少，从而达到轻量化的目的。
其中结构的特征、截面形状的修改，可以采用拓扑优化的方法，在适当的约束条件下，通过 拓扑优化计算，使材料在设计空间领域得到最优分布和形状，有针对性地进行具体结构设计，结 合产品设计经验，设计出满足性能要求和工艺要求的产品。通过拓扑优化，尤其是在我们新材料 领域，可以极大地提高材料利用率，缩短研发周期，同时达到较好的轻量化效果。
二：支架结构拓扑优化（2）
基于密度的拓扑优化边界条件 设计变量：PSHELL 约 束: 模态、最大应力 设计目标：体积最小
拓扑优化
工程解读后
支架2
基于轻量化需求，在达到模态、强度要求的前提下，对支架结 构进行拓扑优化，减重0.65Kg。
轻量化虚拟验证_正面刚性墙碰撞分析
能量稳定，沙漏能小于5%，模型合理。
120
5.0
5.7
P2(前围板)
120
4.1
4.4
P3(前围板)
180
2.9
3.0
P4(前围板)
120
4.2
4.6
P5(前围板)
Βιβλιοθήκη Baidu
120
4.0
4.1
P6(前围板)
180
2.0
2.2
P7(前围板搁脚处)
120
1.0
1.0
P8(前围板搁脚处)
120
0.9
1.0
P9(中央通道上方)
150
3.4
3.7
P10(中央通道 )
轻量化方案较原方案总共减重47.92 kg， 碰撞过程能量平稳，沙漏能小于5%，模型 合理；
各测点侵入量均满足目标值；
左侧B柱加速度峰值为31.9g，右侧B柱加 速度峰值为33.3g，均小于目标值40g，满 足分析要求。
综上，轻量化方案满足正面100%碰撞性 能。
编制:
校对:
批准:
白车身架构拓扑优化
优化后：为实现轻量化，料厚改为2.2mm； 为满足性能要求，通过对实心铝合金梁拓扑优化为图二中的截面。
总结：在保证刚强度、安全性能要求的情况下，减重2.29Kg。
工程解读后 的优化方案
C C
白车身架构拓扑优化
一：下车身骨架结构拓扑优化（4）
基于密度的拓扑优化边界条件 设计变量：PSOLID 约 束: 最大位移、最大应力 设计目标：体积最小
轻量化虚拟验证_正面刚性墙碰撞分析
B柱下方加速度
轻量化方案左侧加速度峰值为31.9 g（原方案为31.5 g），右侧 B柱加速度峰值为33.3 （原方案为33.2 g）g，均小于目标值40g， 满足分析要求。
轻量化虚拟验证_正面刚性墙碰撞分析
测量点
最大侵入量[mm] 目标值 原方案 轻量化方案
P1(前围板)
D-D
拓扑优化
图一
图二
优化前：右下图中深颜色下车身骨架，材料为铝合金，外框料厚为6.0mm，内加强筋料厚 为3.0mm，截面如图一所示。
优化后：为实现轻量化，外框料厚为3.5mm，加强内板料厚为2.0mm； 为满足整车碰撞安全性能要求，通过对铝合金梁拓扑优化为图二中的截面。
总结：在保证刚强度、 安全性能要求的情况下，减重26.59Kg。
A-A
拓扑优化
图一
图二
优化前：右下图中深颜色下车身骨架为铝合金材料，料厚为6.0mm，截面如 图一所示。 优化后：为实现轻量化，料厚减为为3.0mm；
为满足性能要求，通过对实心铝合金梁拓扑优化为图 二中的截面。
总结：在保证刚强度、安全性能要求的情况下，减重9.53Kg。
工程解读后
AA A
白车身架构拓扑优化
项目基于轻量化需求，采用拓扑优化的方法，通过修改下车身骨架结构和关键支架结构的形 状，在满足整车安全性能要求的同时，实现了白车身的轻量化设计。具体的优化方案见下。
白车身架构拓扑优化
一：下车身骨架结构拓扑优化（1）
基于密度的拓扑优化边界条件 设计变量：PSOLID 约 束: 最大位移、最大应力 设计目标：体积最小