电动汽车车架拓扑优化分析

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某商用车纯电动改装方案中车架性能分析

2018年4月第47卷第4期机械设计与制造工程Machine Design and Manufacturing EngineeringApr.2018Vol.47 No.4DOI：10. 3969/j.iss n.2095 - 509X.2018.04.012某商用车纯电动改装方案中车架性能分析王源绍，唐徐平，乔克婷，许凌(南京工业大学浦江学院，江苏南京211134)摘要：商用车车架作为汽车承载的主要结构，其刚度与强度是汽车结构设计的重点关注参数。

在对传统商用车进行纯电动化改装时，必须对车架进行综合性能分析，以确保车架性能匹配纯电动商用车的需求。

通过对车架三维建模，并利用H y p e r W o k s对车架进行结构分析以及拓扑优化设计，满载情况下模拟其弯曲、扭转工况下强度和刚度，并根据拓扑优化结果提出轻量化改进建议。

通过对比相同工况下传统商用车和纯电动商用车车架的强度和刚度参数，为纯电动改装方案提供理论计算依据。

关键词：有限元；车架；结构分析；电动车中图分类号：U270.1文献标识码：A文章编号:2095 -509X(2018)04 -0056 -04商用车由于其货物运输属性的要求，依然广泛采用非承载式车身结构。

车架作为轻卡、轻货、轻客、皮卡等商用车型的主要受力部件，具有支承连接汽车的各零部件、承受来自车内外各种载荷的功用，并对整车承载性能、安全性能等起到至关重要的作用。

国家“十三五”规划中，确定实施“纯电驱动”技术转型战略，实现各类电动汽车产业化。

目前纯电动商用车更多的是在城市及近郊使用，对续航里程的要求略低于乘用车，并能降低污染，因此纯电动商用车研发制造的吸引力在逐渐增加。

受制于成本、技术等因素，更多的企业选择在当前传统燃油车的基础上进行电动汽车的改装。

但是纯电动汽车由于原理和结构的特点，与传统汽车相比对车身结构等性能要求均存在差异，因此对传统汽车车身结构进行分析计算，确定最终车身结构改进的可行性，以便更好地满足纯电动汽车的技术要求。

基于SIMP理论的电动汽车车身多目标拓扑优化

ｌｙａｎｄａｒｅｎｏｍａｒｌｉｚｅｄｔｏｅｌｉｍｉｎａｔｅｔｈｅｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙｉｎｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆｍａｇｎｉｔｕｄｅ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｉｔｙｃｉｒｔｅｉｒａｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｕｐｄａｔｅｄｅｓｉｎｇｖａｉａｒｂｌｅｓ，ａｎｄａｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｌ＂ｂｏｄｙｍｅｅｔｉｎｇｂｏｔｈｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｓｔａｔｉｃｓｔｉｆｆ－ｎｅｓｓａｎｄｄｙｎａｍｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓｉｆｎｌｌａｙｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｉｔｅｒａｔｉｏｎ．
Ｂａｓｅｄｏｎｓｏｌｉｄｉｓｏｔｒｏｐｉｃｍａｔｅｉｒａｌｗｉｔｈｐｕｎｉｓｈｍｅｎｔ（ＳＩＭＰ）ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｆｏｒｍｕｌｔｉ — ｓｔａｔｉｃ－ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
ａｎｄｄｙｎａｍｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｒｅｄｅｉｎｆｅｄｂｙｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇａｎｄａｖｅｒａｇｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｅｔｈｏｄｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ —

基于hyperworks的发动机支架的拓扑优化

谢谢！
（2）模型简介：
模型来自某客车的发动机右后支架，由于软件限制10000个节点，模型太大故只取外支架优化。材料属性： E = 2.1e+05 NU = 0.3 RHO = 7.9e-09
（3）模型边界条件：背面与车架相连，故处理成固定约束；底面承载发动机，经简化可处理成： a 垂直方向承载发动机的重力为1800N，动载系数为1.2； b 客车转弯时受到的最大侧向加速度为0.4g,换算成力为720N； c 前进方向当客车制动时最危险，最大制动加速度为0.7g，换算成力为1260N；将这三个力平均分配在底面的四个螺孔上。
比较项目最大应力ห้องสมุดไป่ตู้
原始模型 64.9MPa 4415 良好
优化后模型 54.6MPa 3925 良好
质量
制造工艺性
应力集中情况
良好
良好
6.结论
由对比可知：（1）优化后的第一模态频率从713.7HZ提高到 921.7HZ，以后各阶频率均有提高；（2）最大应力从64.9MPa减小到54.6MPa；（3）最大变形从0.128mm降低到0.113mm；（4）减重11%；（5）再设计的模型制造工艺性良好，且消除了应力集中。
2.原始结构的模态和强度分析
（1）模态分析：由于模型的长和宽远远大于厚，故抽中面当作薄壳作。得到原模型的一阶固有频率为713.7HZ 二阶为1158.7HZ 三阶为1382.1HZ
（2）强度分析：
3.拓扑优化设计
上图即为拓扑优化的结果，由于发动机支架是车上的重要零部件，对客车来说更是严格。故在定义约束和选择优化结果是都采取最大隶属原则，以安全为第一目标，充分考虑性能方面的因素，如：固有频率﹑强度﹑刚度等。故选择第二幅图为二次设计的参考对象。

车体结构多目标拓扑优化设计探讨

结构性能可较大地提高ｕ］目前，；连续体的拓扑优化主
要集中在单日标的拓扑优化，车体结构作为车辆的承但载基体，需要满足多种静态工况下的性能要求，要既又满足车体结构动态工况下的性能要求：一阶垂向弯曲如
位，即有相同的数量级，车体结构应变能与频率之间但的数量级之间存在较大差异＿如果不引用一个值来】，
平衡两者之问的差异，计算结果将受数量级高的目标则所支配，一般来说，结构的应变能数量级在１００～． ×１ｔ００． ×１之问，结果特征值倒数的数量级为１０× 而．
而为车体结构没汁提供思路。
１多目标拓扑优化１１多目标优化问题数学模型．
点载荷向量；（为节点位移向量；）优化后结构【），Ｖ（为的有效体积；。为结构的原始体积；为体积约束的百Ｖｆ
图２车体拓扑优化
设计域有限元模型
设计域有限元模型（部）局
∑
（４）
【．Ｖ（／ｓｔｚ）。≤ 厂
其中：一（１ｚ，，，≥ ２ｗ为第Ｊ阶特征值倒ｚｚ，２ … －）ｚ，ｊ数的加权系数。１４静动态工况总目标函数．采用权系数方法，目标函数间必须有相同的度量单

新能源汽车轻量化设计优化

新能源汽车轻量化设计优化引言近年来，随着环境污染和能源危机的日益严重，新能源汽车作为解决之道备受关注。

然而，新能源汽车的轻量化设计也成为了研究的热点之一。

本文将从材料选择、结构优化和创新技术方面探讨新能源汽车轻量化设计的优化。

第一章材料选择新能源汽车轻量化设计的第一步是选择适合的材料。

传统的钢铁材料虽然强度高，但其密度也较大。

在轻量化设计中，选择轻质材料如铝合金、镁合金和复合材料可以降低整车重量。

与此同时，这些材料还具有较高的强度和刚度，能够满足车辆在使用过程中的应力要求。

第二章结构优化在材料选择完成后，接下来需要对车辆的结构进行优化。

通过采用优化设计方法，可以在保证车辆结构稳定性的前提下，进一步减轻车身重量。

其中一种常用的优化方法是拓扑优化，它可以通过数学模型和计算算法，自动确定最佳的材料分布，以达到最小重量的设计目标。

此外，使用有限元分析工具可以对结构进行强度和刚度的评估，有助于精确优化设计。

第三章创新技术除了材料选择和结构优化外，创新技术也是新能源汽车轻量化设计的重要方向之一。

例如，3D打印技术可以实现复杂结构的生产，并且可以根据实际需要控制材料的分布，以实现轻量化设计。

另外，纳米材料也具有很大的潜力，它们在车身材料中的应用可以显著提高强度和刚度，从而减轻车辆重量。

第四章挑战与展望在新能源汽车轻量化设计的过程中，仍然存在一些挑战。

首先，新材料的应用面临成本和可靠度的问题，这需要在技术发展和经济实用性之间寻找平衡。

其次，轻量化设计需要与车辆的安全性能相兼顾，确保在碰撞等意外情况下仍能提供足够的保护。

此外，新材料的使用也需要考虑资源和环境可持续性。

展望未来，随着科技的进步和工艺的改进，新能源汽车轻量化设计优化将迎来更多机遇。

新材料的发展将为轻量化设计提供更多选择和解决方案，同时结构优化和创新技术的不断发展也将为轻量化设计提供更高效和精确的工具。

在不久的将来，我们有理由相信，新能源汽车轻量化设计优化将成为汽车行业的重要发展方向。

纯电动乘用车动力底盘架模块化设计与仿真分析

(3)提出一种电池错位阵列复合凹凸箱体壁的电池箱构型,自然风冷却条件下采用热仿真正交试验发现影响散热效果的结构参数主要是入风口直径、列距和边距,通过类比调教函数拟合得到了电池箱布置结构特征尺寸设计式,经验证设计式计算结果与热仿真结果相对误差小于5%,可用作电池箱结构设计参考,联合局部边距尺寸及箱体圆角的优化,最终获得行距25 mm、列矩30 mm、最小边距为15 mm的紧凑化电池箱结构,实现电池工作温度在 0~40℃和模块间温差在5℃以下的目标。
基于碰撞安全对中间模块纵梁进行轻量化优化,纵梁厚度依次取 2、3、2.5 mm,中间模块纵梁纵向压缩量依次是24.52、6.94、 9.38mm,前横梁纵向侵入量分别是10.02、5.80、5.95 mm。满足安全性要求下,壁厚可由4 mm降低为2.5 mm,中间模块主纵梁质量减少3 与仿真分析
专用动力底盘模块化是可显著缓解能源与环境压力的纯电动乘用车发展的关键技术问题,本论文采用拓扑优化与谱系聚类分析相结合的方法对纯电动乘用车开展了模块化设计研究,提出了通用化前后底盘模块与中间模块长短定制化的三段式新型动力底盘模块构型,并通过碰撞安全仿真试验优化了中间模块主承力构件壁厚,同时对中间模块电池箱在自然风冷条件下的紧凑化设计方法进行了探索,主要解决了如下关键技术问题:(1)依独立性原则对纯电动汽车底盘功能分解并建立相关矩阵R,运用谱系聚类法将底盘划分为通用化前后底盘模块与中间模块长短定制化的三段式新构型;以紧凑型车为例,通过等效静态法建立正碰与追尾工况下的底盘拓扑优化模型,根据实际加工装配功能需要并参

ls-tasc拓扑优化技术在汽车安全开发中的应用

知识专题主题：ls-tasc拓扑优化技术在汽车安全开发中的应用随着汽车行业的不断发展，车辆安全性能的要求也日益提高。

ls-tasc 拓扑优化技术作为一种先进的汽车安全技术，在提高车辆安全性能方面发挥着重要作用。

本文将深入探讨ls-tasc拓扑优化技术的原理和在汽车安全开发中的应用，以及对未来汽车安全领域的影响。

1. ls-tasc拓扑优化技术的原理ls-tasc拓扑优化技术是一种基于拓扑结构的优化方法，通过对系统的拓扑结构进行调整，实现对系统性能的改进。

其原理主要包括以下几个方面：1.1 拓扑结构分析：ls-tasc技术首先对系统的各个组成部分进行拓扑结构分析，确定系统中各个元件之间的相互关系和连接方式。

1.2 性能评估：在对系统的拓扑结构进行分析之后，ls-tasc技术通过对系统的性能进行评估，确定系统存在的问题和需要改进的方向。

1.3 优化调整：基于对系统拓扑结构和性能的分析，ls-tasc技术对系统的拓扑结构进行优化调整，以提升系统的性能和安全性。

2. ls-tasc拓扑优化技术在汽车安全开发中的应用ls-tasc拓扑优化技术在汽车安全开发中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：2.1 结构强度优化：利用ls-tasc技术对汽车结构的拓扑结构进行优化调整，实现对汽车结构强度的提升，从而提高汽车的整体安全性能。

2.2 碰撞安全性优化：ls-tasc技术通过对汽车车身的拓扑结构进行优化，改进汽车在碰撞事故中的受力分布，提高汽车的碰撞安全性能。

2.3 车辆稳定性优化：ls-tasc技术还可以用于优化汽车悬挂系统和底盘结构的拓扑结构，提升汽车的操控稳定性和行驶安全性。

3. ls-tasc拓扑优化技术对汽车安全领域的影响ls-tasc拓扑优化技术的应用不仅可以提高汽车的安全性能，还对整个汽车安全领域产生深远的影响：3.1 技术创新：ls-tasc技术的应用推动了汽车安全技术的创新，为汽车安全领域的发展注入了新的活力。

基于拓扑优化的车身结构研究

基于拓扑优化的车身结构研究瞿元王洪斌张林波吴沈荣奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖，241009摘要：随着CAE技术的发展，虚拟仿真技术在汽车开发中的作用也愈来愈显著。

而前期工程阶段，如何布置出合理的车身骨架架构，一直是个相对空白的地带，也是整车正向开发过程中绕不过的坎。

尽管研发工程师根据经验，参照现有车型的结构特点，也能进行车身骨架架构的设定，但总是缺乏有效手段直观地反映不同车型结构布置的特点。

本文用拓扑优化的方法，从结构基本特征的角度来审视这一问题，并运用该方法对某SUV车身结构进行研究，获得一些直观性的结论。

关键词：车身,前期工程,拓扑优化1、引言随着对整车研发过程认识的加深，以及对正向开发过程的探索，在车型开发前期，对车身结构做出更合理的规划显得愈来愈重要。

常规的研发思路之一是通过参考已有车型的结构，经过适当的修改，形成新的结构，并用于新车型中。

但是对于原始车型的设计思路、结构布置的原因等缺乏系统的理解，或者理解不深，往往在更改过程中产生新的问题。

为了部分解决上述问题，本文从结构拓扑优化的角度，对某SUV车型车身结构的总体布置进行初步探讨，以期加深对结构布置的理解。

2、研究方法概述合理化的车身结构，是满足整车基本性能的重要保障。

为了能够实现结构的最优布置，文献[1]使用了拓扑优化工具来布置车身结构。

其基本思路是从造型以及车内空间布置出发，建立车身空间的基础网格模型，然后根据一定的工况要求，对基础网格进行拓扑分析，并根据拓扑结果建立梁、板壳模型，并进行多项性能的优化，从而实现车身结构的正向开发。

本文借助于该思想，建立研究对象的结构空间包络，并对该包络进行拓扑分析，然后将仿真结果与原始结构进行比较，寻找车身结构中的关键点，推测初始结构可能的布置思想，从而加深对该研究思路的理解。

其基本过程如下图所示：3.2 工况车身在实际使用过程中承受非常复杂的载荷，这些载荷对车身的影响各不相同，有的影响局部，有的影响整个车身。

纯电动汽车变速箱壳体CAE分析及拓扑优化

优化结果表明,优化后壳体刚度和固有频率均有提高。根据拓扑优化结果对变速箱壳体结构进行改进,通过仿真计算验证表明, 改进后的壳体提高了刚度和前两阶固有频率,使得齿轮传动精度更高,避开了常用转速下的齿轮啮合激励频率,且改进后质量减轻了7%,性能得到明显改善,达到设计要求。
采用仿真分析与试验相结合的方法,分别利用ABAQUS和 b对壳体动态特性进行仿真和试验研究。仿真与试验结果对比表明,不论在自由状态还是约束状态下,计算模态振型与试验模态振型基本吻合,且固有频率相对误差均在4%以内, 从而验证了变速箱壳体有限元模型的准确性。
另外,通过研究壳体模态参数,发现其前两阶固有频率与常用转速下齿轮啮合激励频率比较接近,可能引起共振现象的发生,为多目标拓扑优化提供基础数据。3.基于变密度法建立静动态联合多目标拓扑优化数学模型,通过Optistruct进行拓扑优化,以设计域内单元密度为设计变量,约束优化前后体积比,以一挡及倒挡工况下的柔度最小化和前两阶固有频率的加权响应最大化为优化目标。
主要研究内容如下:1.详细介绍了纯电动汽车变速箱壳体的研究背景及意义,然后阐述了纯电动汽车变速箱研究现状,接着介绍了壳体有限元分析及拓扑优化研究现状。2.详细介绍了变速箱壳体结构设计过程,利用CATIA和HyperMesh分别建立体一挡及倒挡工况进行静力学仿真分析。分析结果表明,在两种工况下该壳体满足刚强度要求,并且有优化设计空间。
纯电动汽车变速箱壳体CAE分析及拓扑优化
随着能源问题的日益突出,节能减排在汽车行业中越来越受到重视,因此纯电动汽车得到了快速发展。众所周知,汽车变速箱是汽车传动系统的核心装置,而壳体性能优劣对变速箱正常工作起着重要作用,因此壳体性能与整车性能有直接关系,应保证其满足使用要求。

基于HyperMesh的车架拓扑优化设计

基于丰，王军，王浩
（合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥２３０００９）
摘要：以轻型卡车车架为研究对象，采用ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ建立车架的有限元模型，分析车架的模态，得到原始车架的
将ＵＧ建立的三维几何模型导人到ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ，利用几何清理工具，对模型进行修复，产生简化的几何模型，便于网格划分。车架有限元模型采用壳单元，根据实际车架不同部位赋予单元不同的厚度，有３．０，３．２，３．５，４．０，４．５，５．０，５．５，６．０，８。０ｍｍ几种。使用的钢板材料属性见表１。
第２ｌ卷
第１期
山东交通学院学报
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＤＯＮＧＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
Ｖ０１．２１Ｎｏ．１
２０１３年３月
Ｍａｒ．２０１３
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－００３２．２０１３．０１．００２
２拓扑优化
２．１拓扑优化算法
变密度算法将结构内所有材料的单元密度都视为相同，对单元密度进行优化计算，从而获得结构
１．２模态分析
对车架进行模态分析，利用静态分析模型３］，获取车架的自由模态。设置频率范围从１Ｈｚ开始，得

试析纯电动客车车身结构设计

试析纯电动客车车身结构设计摘要：文章从整车结构与设计出发，分别简述了电动客车车身骨架的有限元，以及拓扑优化和结果，以供参考。

关键词：纯电动客车；车身结构；设计随着各国政府逐渐启动燃油车禁售时间表，零排放、低污染、低噪音、低能耗的纯电动汽车开始成为各国大力推广的对象。

在纯电动汽车中，以纯电动公交客车为代表的新能源城市公共服务用车是我国政府的推广重点。

为了保证纯电动公交客车拥有一定距离的续驶里程，车上往往布置了较大容量和体积的动力电池包，动力电池包的重量一般可以达到车身骨架重量的30%-40%左右。

这意味着在车身结构大致相似的情况下，纯电动客车与传统燃油客车相比，在各种典型工况下受力状况更加恶劣，更容易发生强度、刚度失效的问题。

一、整车结构与设计以某纯电动客车为例，在设计过程中以国内外公交客车的先进技术为基础，根据电动汽车特点进行系统总体设计，并不要求每个子系统最优，只求得各个子系统的最佳匹配，最终得到整车最优。

整车的设计主要分为两部分，一部分主要是电气及控制系统的设计，另一部分是机械系统的集成和优化设计。

1.电气及控制系统布置电气及控制系统主要包括低压电气系统、高压电气系统和整车控制与能量管理系统。

电气及控制系统的结构原理如图1所示。

图1 电气及控制系统结构原理图整车控制与能量管理系统主要完成整车控制与能量管理两部分功能，担负着采集整车的各子系统的运行信息并进行监控与诊断，维持所有电池处于最佳状态，控制充电方式和提供剩余能量显示等职责，并具体实现以下功能。

（1）整车信息检测与显示，包括：气压信号加速踏板和制动踏板等模拟信号，以及车速、前进后退、控制器开关、暖气开关、气泵开关、油泵开关以及手制动等开关量。

（2）通过CAN总线与电动机控制器进行通信并显示与电动机相关的信息。

（3）进行换挡控制，通过控制高压断路器遗免电池深度放电（4）动力电池组信息检测与显示，其中包括：总电流、总电压，动力电池组充电状态（oC）估计，单支电池电压和每箱电池组温度。

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。

纯电动汽车架构设计（三）：后悬架型式和车身拓扑结构

纯电动汽车架构设计（三）：后悬架型式和车身拓扑结构续：《纯电动汽车架构设计(一) ：电动车架构设计核心与前悬架选择》《纯电动汽车架构设计(二)：电池布局与造型变化》13传统燃油车悬架的局限性对于采用地板下平板电池的电动汽车而言，电池宽度主要受限于侧碰和柱碰时的门槛侵入量，同时也受后悬架形式和前车身拓扑结构影响。

动力电池长度则主要受后悬架形式和车身拓扑结构约束。

后悬架空间相对于前悬架要富余一些，所以衍生出了多种形式的后悬架。

传统燃油车后悬架，大致可以分成下面几种：1）扭力梁型悬架，也就是常说的板车悬架。

这种悬架几乎无法对轮胎跳动有任何主动控制，并且先天带有过度转向倾向。

有的扭力梁悬架会用瓦特连杆来增加车轮侧向支撑力，但仍然无法主动控制车轮前束和内倾。

在纯电动汽车上，扭力梁悬架中间无法布置驱动电机，而且扭力梁的存在会严重限制动力电池长度和宽度，所以这种悬架是不适合电动车的。

但现在很多采用传统架构的电动车采用的还是这种悬架，一般是继承燃油车原型而来。

图30 扭力梁式后悬架2）麦弗逊式后悬架，也叫双连杆、三连杆和连杆支柱式后悬架。

由两根横杆和一根拖曳臂组成。

其中一根横杆与拖曳臂一起到下摆臂作用，和滑柱一起控制车轮外倾，另一根横杆控制车轮前束，拖曳臂还能控制车轮X方向位置。

虽然看上去和麦弗逊前悬架的差别很大，但功能相似，老款凯美瑞和老款蒙迪欧就采用了这种悬架。

这种悬架对车轮外倾角的控制有先天不足，侧向支撑也差一些；为提高侧倾中心，下连杆一般比较长，无法布置驱动电机；对动力电池的宽度限制也较大。

图31 麦弗逊后悬架3）拖曳臂多连杆后悬架。

在麦弗逊后悬架上增加一个上摆臂，就变成现在A级和B级车上最常见的一种多连杆悬架，一般叫四连杆悬架，也叫欧式拖曳臂悬架或刀锋臂悬架。

这种悬架用在君越、福克斯、新汉兰达、现代名图等多种车型上，性能比麦弗逊式悬架好，但是由于拖曳臂的存在，车轮跳动过程中X方向位移比较大，对车轮控制仍然有瑕疵。

基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计

基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计1. 引言1.1 研究背景传统的支架设计通常采用人工经验和一般的结构设计原则，但往往存在着结构材料的浪费和性能优化不足的问题。

为了解决这一问题，基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计方法应运而生。

该方法利用Inspire软件的拓扑优化功能，结合复合材料的设计原理，实现支架结构的轻量化设计和性能优化。

通过对一体式复合支架的拓扑优化设计，可以有效提高支架的强度和稳定性，减轻患者的手术负担，缩短手术时间，提高手术成功率。

对于一体式复合支架的拓扑优化设计具有重要的研究意义和实际应用价值。

1.2 研究意义基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计具有重要的研究意义。

随着工程技术的不断发展和需求的不断增加，复合支架在航空航天、汽车制造、建筑结构等领域中得到了广泛的应用。

传统的复合支架设计方法存在一些问题，例如设计周期长、耗费大量人力和物力等。

通过基于Inspire的一体式复合支架拓扑优化设计，可以实现支架结构的优化设计和轻量化，提高支架的性能和效率，减少材料的浪费，降低成本。

2. 正文2.1 Inspire软件介绍Inspire软件采用有限元分析方法，可以快速生成结构的初始设计，并在优化过程中自动调整结构的拓扑形态，以达到最佳的性能指标。

用户可以通过设定各种约束条件和目标函数，来指导软件生成符合设计要求的最优结构。

除了拓扑优化功能外，Inspire软件还提供了多种分析工具，如静态分析、疲劳分析和热分析等，可以全面评估结构的性能。

软件还支持多种材料的材料性能数据库，并能够快速进行材料对比分析，帮助用户选择最合适的材料。

2.2 复合支架的设计原理复合支架是由多种不同材料组成的支架结构，可以充分利用各种材料的优势，提高支架的整体性能和耐久性。

在设计复合支架时，需要考虑以下几个方面的原理：1. 强度和刚度匹配原理：不同材料具有不同的强度和刚度特性，要合理选择和设计各个材料的分布和层次，确保支架在承受外部载荷时能够实现力的有效传递和分布，避免发生局部应力集中或整体失稳。

新型电动汽车车架结构分析及优化设计

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ０厂ｔ矗ｅｎｅｗｔｙｐｅｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｆｒａｍｅｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｆｉｒｓｔ，
车有限元分析；优化
中图分类号：ＴＨ１６；Ｕ４６３．８２＋９文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１７）０６ — ０２３４－０４
ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＡＮｅｗＴｙｐｅＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅＦｒａｍｅ
ＹＡＮＧＣｈｕｎ — ｌａｎ，ＺＨＡＮＧＹａ — ｌｉ，ＨＵＡＮＧＷｅｉ，ＬＩＳｈｅｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＧｕａｎｇｘｉＮａｎｎｉｎｇ５３０００４，Ｃｈｉｎａ）
ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｔｈｅｆｒａｍｅＷｓ，ａｔｏｏｌｒａｇｅｉｎｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎｍｅｄａｔｔｈｅｗｅｔｎｅｓｓ０厂ｔｈｅｄｅｓｉｎ，ｓｇｔｒｕｃｔｕｒｅ

新能源汽车功率电子电路的拓扑结构分析

新能源汽车功率电子电路的拓扑结构分析随着环保意识的提高和科技的发展，新能源汽车已经成为汽车行业的一个重要发展方向。

作为新能源汽车核心技术之一的功率电子技术，其在新能源汽车的发展中起着至关重要的作用。

本文将对新能源汽车功率电子电路的拓扑结构进行分析，以全面了解其原理和应用。

一、新能源汽车功率电子电路简介功率电子技术是指通过电力电子器件（如晶闸管、IGBT等）进行能量的转换、控制和调节的技术。

在新能源汽车中，功率电子电路主要用于电动机的驱动和电池组的管理。

它通过控制电流、电压和频率来实现能量的高效传递和利用，进而提高新能源汽车的整体性能。

二、新能源汽车功率电子电路的拓扑结构拓扑结构是指电路中元件之间连接关系的一种表现形式。

新能源汽车功率电子电路的拓扑结构主要包括以下几种：1. 单端拓扑结构单端拓扑结构是指电源和负载分别单独连接在电路的不同端口上，通常由单端AC/DC和DC/DC两种电路组成。

单端AC/DC电路将交流电转换为直流电，供给电动机或电池充电；单端DC/DC电路则将直流电转换为不同电压、电流的直流电。

这种拓扑结构简单、可靠，适用于功率较小的应用场景。

2. 双端拓扑结构双端拓扑结构是指电源和负载均连接在电路的两个端口上，通常由双端AC/AC、AC/DC、DC/AC和DC/DC四种电路组成。

双端AC/AC电路用于交流电的变频调节，可以实现电机的调速功能；双端AC/DC电路用于直流电的变换和调节，常用于电池充电和电动机驱动；双端DC/AC电路用于直流电到交流电的转换，用于驱动交流电机；双端DC/DC电路用于不同电压、电流直流电的转换，常用于电池管理系统。

3. 多端拓扑结构多端拓扑结构是指电路中存在多个输入端和输出端的情况。

这种拓扑结构可用于多种功能的实现，如多电源切换、多电压输出等。

在新能源汽车中，多端拓扑结构常用于电池组的管理系统，通过多个输入和输出端实现电池的充电、放电和保护。

三、新能源汽车功率电子电路拓扑结构的选择新能源汽车功率电子电路的拓扑结构的选择需要考虑多种因素，包括功率要求、转换效率、集成度、体积和成本等。

levelset 拓扑优化方法应用

Levelset拓扑优化方法是一种在工程领域中应用广泛的优化技术，它通过对物体几何形状进行优化，以达到特定的性能指标。

本文将详细介绍Levelset拓扑优化方法的基本原理和应用领域，并针对具体案例进行深入分析，以探讨其在工程设计中的重要意义和应用前景。

一、Levelset拓扑优化方法的基本原理1.1 Levelset方法的概念Levelset方法是一种基于微分方程的数值计算方法，它能够对复杂的几何形状进行精确描述和优化。

该方法将几何形状表示为等值线的水平集，并利用泛函分析理论对其进行优化，从而获得最优的几何形状。

1.2 Levelset方法的数学基础Levelset方法基于偏微分方程和变分法理论，通过对几何形状的表面进行数学建模和优化。

在数学理论基础上，Levelset方法能够实现对复杂形状的高效表示和优化，因此在工程设计中得到了广泛应用。

二、Levelset拓扑优化方法的应用领域2.1 航空航天工程中的应用在航空航天工程中，机身、机翼等结构件的设计需要考虑多种性能指标，如减小飞行阻力、提高飞行稳定性等。

Levelset拓扑优化方法能够对飞行器的外形进行优化，并实现最小阻力的设计目标。

2.2 汽车工程中的应用汽车的外形设计对于其空气动力性能和能耗有着直接影响。

Levelset 拓扑优化方法可以帮助汽车工程师对汽车外形进行优化，以降低空气阻力、提高燃油效率和安全性能。

2.3 生物医学工程中的应用在生物医学工程中，人工植入物的设计需要考虑到与人体组织的匹配性和力学稳定性。

Levelset拓扑优化方法可以帮助医学工程师对人工植入物的形状进行优化，以实现更好的生物相容性和稳定性能。

三、Levelset拓扑优化方法的案例分析3.1 基于Levelset的航空器机身设计某航空公司在设计新型客机机身时，需要考虑最小飞行阻力和良好的气动性能。

设计团队采用Levelset拓扑优化方法，对客机机身进行形状优化，采用多目标优化算法，同时考虑飞行阻力和结构强度，最终实现了飞行阻力的降低和结构强度的提高。

基于有限元法的电动汽车车身正面碰撞仿真及拓扑优化

利用ＬＳ — ＤＹＮＡ模拟了某电动轿车正面碰撞的全过程；同时，利用Ｈｙｐｅｒｍｅｓｈ对车架进行了拓扑优化设计。根据碰撞结果和拓扑优化结果，对车架进行
ｃｒａｓｈｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｗａｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，ｗｉｔｈＬＳＤＹＮＡ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｂｉｇ —
ｕｌａｔｉｏｎ，ａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｐａｓｓｉｖｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｃａｒ，ｉｔｈａｓｃｅｒｔａｉｎｉｎｓｔｒｕｃｔｉｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｎｅｘｔｒｅａｌｃａｒｃｒａｓｈｔｅｓｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ，ｈｅａｄ — ｏｎｃｏｌｌｉｓｉｏｎ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
关键词：电动汽车；正面碰撞；仿真；优化中图分类号：Ｕ４６２．３＋５文献标志码：Ａ
ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＴｏｐｏｌｏｇｙＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＨｅａｄ — ｏｎＣｏｌｌｉｓｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｂａｓｅｄｏｎＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ

拓扑优化分析范文

拓扑优化分析范文拓扑优化分析是一种常用的工程设计方法，它通过改变构件的形状、排列以及材料等参数来实现最优拓扑结构的设计。

这种方法可以在满足特定约束条件的前提下，实现结构的轻量化和优化。

在工程设计领域中，拓扑优化分析有着广泛的应用，可以应用于飞机、汽车、建筑等领域。

本文将介绍拓扑优化分析的基本原理、应用领域以及一些具体例子。

拓扑优化分析的基本原理是通过在几何模型中定义材料的分布密度，然后通过对应力和位移等物理场的求解，通过数值迭代的方法来调整材料的分布，以达到结构的优化。

在每次迭代过程中，根据弹性理论和材料力学等原理，通过求解弹性方程和等效应力等方程，可以得到结构的变形和应力分布。

通过对结构的分析和优化，可以得到最佳的拓扑结构。

拓扑优化分析在很多领域有着广泛的应用。

首先在航空航天领域，拓扑优化分析可以应用于飞机的机身、机翼和发动机等部件的设计。

通过优化材料的分布，可以实现结构的轻量化，提高飞机的性能和燃油效率。

其次，在汽车工业中，拓扑优化分析可以应用于车身、底盘和发动机等部件的设计。

通过优化结构，可以提高汽车的安全性和燃油效率。

此外，在建筑领域，拓扑优化分析可以应用于楼层、立柱和梁等结构的设计。

通过优化结构，可以实现建筑物的稳定性和抗震性。

以下是一些具体的例子，用于说明拓扑优化分析的应用。

首先，考虑一个桥梁的设计。

传统的桥梁一般都是均匀分布材料的结构，而拓扑优化分析可以将材料分布在桥梁的关键部位，以提高桥梁的承重能力和抗震性。

其次，考虑一个机翼的设计。

拓扑优化分析可以通过调整机翼的形状和材料的分布，以减小气动阻力和提高机翼的升力效率。

再次，考虑一个底盘的设计。

拓扑优化分析可以通过改变底盘的形状和材料的分布，以提高底盘的刚度、减小重量和降低燃油消耗。

在进行拓扑优化分析时，需要考虑一些约束条件。

例如，结构的强度约束、位移约束、稳定约束和制造约束等。

这些约束条件可以通过数学模型和力学分析等手段来建立。

同时，还需要考虑材料的特性和失效机制等因素。

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摘要车架一般由纵梁和横梁组成。

其形式主要有边梁式和中梁式两种，边梁式车架由两根位于两边的纵梁和若干根横梁组成，用铆接法或者焊接法将纵梁与横梁连接成坚固的刚性构架。

纵梁通常用低合金钢板冲压而成，断面形状一般为槽型，也有的做成Z形或箱型。

很据汽车形式的不同和结构布置的要求，纵梁可以在水平面内或纵平面内做成弯曲的，以及等断面或非等断面的。

横梁不仅用来保证车架的扭转刚度和承受纵向载荷，而且还可以支撑汽车上的主要部件。

通常载货车有5~6根横梁，有时会更多。

边梁式车架的结构特点是便于安装驾驶室、车厢及一些特种装备和布置其他总成，有利于改装变型车和发展多品种汽车，因此被广泛用在载货汽车和大多数特种汽车上关键词：车架,衡量,纵梁AbstractThe frame consists of longitudinal and cross beam. Edge beam and beam type two kind of main forms,Composition of the side frame is composed of two is located on both sides ofthe longitudinal beams and a plurality ofbeams, by riveting or welding the longitudinal beam and the cross beam are connected into a rigid framework rugged.Stringer is usually made by low alloy steel plate stamping, section shape is generally shaped, some made of Z shaped or box. According to the different forms of thecar and structural layout, longitudinal beam can be made into a curvedin the horizontal plane and vertical plane or, as well as the section section.Not only to ensure the beam frame torsional stiffness and bearing vertical load, but also can support the main auto parts. Usuallythe truck with 5~6 beam, sometimes more. Structural characteristics of the side frame is easy to installthe cab, carriages and some specialequipment and arrangement of other assembly, is conducive tothe modifiedvariation and development of variety car, so it is widely used inthe truck and the majority of special purpose vehicle目录一课题研究的背景与意义4•1.1课题研究的背景4二设计方案42．1catia软件的介绍41.运用CATIA三维软件建立电动汽车车架5 三,电动汽车车架作动态性能方面的计算 53.1有限元静力分析的介绍63.2车架的静力分析64.1模态分析的介绍94.2车架的模态分析10五, 车架的拓扑优化145.1拓扑优化的概念145.2模型的改进145.3新模型的结构分析165.4结果的比对175.5方案可行性研究18六,总结22七，致谢23八，参考文献24一课题研究的背景与意义•1.1课题研究的背景早期的车架计算是将车架减化为两根纵梁, 进行弯曲强度的校核，这显然满足不了设计要求。

而后进行的车架扭转强度计算方法是认为车架抗弯曲刚度比抗扭刚度大很多, 进而假定车架在扭曲时整个构件都不发生弯曲, 这样就避开了车架高次超静定求解的困难。

但这种方法只计算了纯扭转工况, 没有能考虑车架的实际工况及局部扭曲(例如油箱、电瓶等) , 这种认为车架工作时各梁部只扭转不弯曲的观点是不符合试验结论的。

并且这种计算方法冗长繁杂, 计算量大, 在实际应用中也有一定困难。

随着电子计算机技术和设备的发展, 近来在复杂结构计算中新兴起一种十分有效的新方法一有限元法, 它给汽车车架计算带来了广阔的前景。

有限元方法计算车架强度问题, 不需对车架进行严格的简化, 它可以考虑各种计算要求和条件, 计算多种工况, 而且方法同样简单, 设计人员和工程技术人员很容易掌握, 计算精度高、速度快, 这就给设计人员提供了一种十分有效的方法, 并有可能进行多方案计算, 选取最佳设计参数。

可以肯定, 有限元法在汽车工程计算中将发挥越来越大的作用。

•1.2课题研究的意义车架在汽车各大总成中是非常重要的部件，特别是在半承载式车身的电动货车上，车架不仅承载着车身、动力总成、底盘系统、内外饰和装载的货物，还有路面和动力总成传递过来的各种各样复杂的静载荷和动载荷。

因此对车架进行分析和优化就显得非常重要了，这样不仅可以准确地判断车架的各种性能是否达到设计和使用的要求，可以在较低的设计和制造成本下提高汽车的各项性能指标。

二设计方案2．1catia软件的介绍模块化的CATIA系列产品提供产品的风格和外型设计、机械设计、设备与系统工程、管理数字样机、机械加工、分析和模拟。

CATIA产品基于开放式可扩展的V5架构。

通过使企业能够重用产品设计知识，缩短开发周期，CATIA解决方案加快企业对市场的需求的反应。

自1999年以来，市场上广泛采用它的数字样机流程，从而使之成为世界上最常用的产品开发系统。

CATIA系列产品在八大领域里提供3D设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、建筑、电力与电子、消费品和通用机械制造。

1.运用CATIA三维软件建立电动汽车车架汽车车架是汽车上的一个重要部件, 其中边梁式车架, 至今仍是汽车车架的重要结构形式。

在设计中, 人们总是努力在满足强度和刚度的条件下尽可能减轻质量, 因此设计出质量轻而各方面性能又达到要求的车架, 是一项重要的工作。

边梁式车架的布置(例如车架的宽度和横梁的布置) , 往往决定于整车布置, 在确定车架布置的型式之后, 就有如何设计各梁结构参数的问题, 以往多用类比的方法进行经验设计, 而后验算其强度和刚度, 这种方法得到的只能是近似解, 且精度不够。

车架的设计应从“类比”转到“优化”上来, 例如某车架, 我们先用有限元程序对车架结构进行静力分析, 结果表明该车架除个别构件应力水平较高外, 大多数构件应力水平较低, 强度有富余, 且各个构件的应力水平相差较大, 很不均匀, 因此很有必要进行该车架结构的截面的优化设计。

2.建立电动汽车车架的有限元模型用有限元方法计算汽车车架, 基本思想是将汽车车架结构化为一组离散单元的集合体。

这些单元通过各自的端点联接起来, 便可以代替真实的车架结构。

在单元化过程中, 要求在每个单元之内, 杆件断面几何参数是不变的。

实际结构中变断面的构件, 则以阶梯状一系列单元代替, 单元和单元之间在其端点联接, 该联接点称为节点。

所有载荷和支反力作用点都应取为节点。

之后用位移法, 即以节点位移为基本未知数, 根据节点的平衡和连续条件, 由虚位移原理建立位移法基本方程, 并求得位移解, 之后再根据位移求出各单元内力和应力来应当指出, 由于车架本来是由离散构件在纵横梁交叉点铆(焊) 接构成的, 所以离散化的本身并不会影响解的精确度就是说, 这种求解方法对于汽车车架这种结构并不是近似解, 而是精确解。

三,电动汽车车架作动态性能方面的计算由于汽车车架的设汁与计算主要考虑静强度. 所以轻量化的目标很难实现。

随着对汽车轻量化和降低成本的要求日益迫切, 使得人们越来越重视动态特性的研究, 这就需要在设计初期预测汽车在各种使用情况下的振动响应和应力分布。

利用有限元法来分析汽车的动态响应。

在设计阶段就可以考虑与振动有关的问题。

在进行动态分析时, 车架的模态参数是最为重要的参数之一, 为获得这些参数, 可以采用分析计算法和模态参数识别的实验方法。

利用有限元法, 可根据结构图纸和材料特性建立动力学模型。

对结构的动特性进行预测。

然而在动态分析中, 结钩的阻尼特性是很重要的, 应用已有的技术还难从图形上求得, 因而也就不能进行精确的动态分析。

而模态实验所得数据具有很高的可靠性, 而且在模态分析的基础上可进行结构修改, 既能定性又能定量地预测和改进结构的动特性, 因此它是CA D 通用的有限元法的有效的补充。

3.1有限元静力分析的介绍静力学是力学的一个分支，它主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。

平衡是物体机械运动的特殊形式，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态都称为平衡。

对于一般工程问题，平衡状态是以地球为参照系确定的。

静力学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。

静力学（statics）研究物体的平衡或力系的平衡的规律的力学分支。

静力学一词是P·伐里农1725年引入的。

按照研究方法，静力学分为分析静力学和几何静力学。

分析静力学研究任意质点系的平衡问题，给出质点系平衡的充分必要条件(见虚位移原理)。

几何静力学主要研究刚体的平衡规律，得出刚体平衡的充分必要条件，又称刚体静力学。

几何静力学从静力学公理（包括二力平衡公理，增减平衡力系公理，力的平行四边形法则，作用和反作用定律，刚化公理）出发，通过推理得出平衡力系应满足的条件，即平衡条件；用数学方程表示，就构成平衡方程。

静力学中关于力系简化和物体受力分析的结论，也可应用于动力学。

借助达朗贝尔原理，可将动力学问题化为静力学问题的形式。

静力学是材料力学和其他各种工程力学的基础，在土建工程和机械设计中有广泛的应用。

静力学是力学的一个分支，它主要研究物体在力的作用下处于平衡的规律，以及如何建立各种力系的平衡条件。

平衡是物体机械运动的特殊形式，严格地说，物体相对于惯性参照系处于静止或作匀速直线运动的状态，即加速度为零的状态都称为平衡。

对于一般工程问题，平衡状态是以地球为参照系确定的。

静力学还研究力系的简化和物体受力分析的基本方法。

3.2车架的静力分析将模型导入ansys软件，进行前处理。