基于拓扑优化的车身结构研究---经典
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车身结构是汽车的重要组成部分，直接影响着汽车的安全性、舒适性和性能。
随着汽车工业的发展，对车身结构设计的要求也越来越高，需要兼顾轻量化、强度高、刚度好等多种性能指标。
为了满足这些要求，传统的车身结构设计方法已经不能完全满足需求，因此需要引入多模型拓扑优化方法进行概念设计，以提高车身结构设计的效率和性能。
多模型拓扑优化是将多个不同类型的模型（如有限元模型、计算流体动力学模型等）进行集成、联合优化，寻求最优解的一种优化方法。
在车身结构的概念设计中，可以将多种模型集成在一起，联合优化车身结构的拓扑，以实现车身结构在轻量化、强度和刚度等多个性能指标上的最优化。
多模型拓扑优化可以有效地实现车身结构的轻量化设计。
传统的车身结构设计方法往往是基于一种或几种假设条件进行设计，难以兼顾多个性能指标。
而多模型拓扑优化可以将不同类型的模型进行集成，综合考虑多种性能指标，找到最优的车身结构设计方案。
通过优化设计，可以去除冗余的材料，减轻车身结构的重量，提高汽车的燃油经济性和环保性能。
多模型拓扑优化还可以提高车身结构设计的效率。
传统的车身结构设计方法需要多次试验和修改，耗费时间和成本较多。
而多模型拓扑优化可以通过计算机模拟和优化算法，大大提高设计的效率，减少试验和修改的次数，降低设计成本。
通过多模型拓扑优化，可以快速找到最优的车身结构设计方案，加快新车型的研发周期，提高企业的竞争力。
基于多模型拓扑优化的车身结构概念设计方法可以有效地提高车身结构设计的效率和性能，实现车身结构在轻量化、强度和刚度等多个性能指标上的最优化。
随着汽车工业的发展，多模型拓扑优化方法将在车身结构设计领域得到更广泛的应用，为汽车工业的发展带来新的机遇和挑战。
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汽车工业的发展，汽车的车身结构设计已成为重要的研究方向。
在传统的车身设计过程中，常常采用模块化设计和经验设计的方法，导致车身的结构不够优化。
为了提高车身结构的性能和减轻车身的重量，基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计应运而生。
多模型拓扑优化方法是指通过使用多种材料和拓扑结构的设计思想和优化算法，对车身结构进行设计和优化。
这种方法将车身结构的拓扑结构和材料的选择作为设计变量，通过优化算法来求解最优的设计方案。
1. 确定设计变量：设计变量是影响车身结构的重要参数，包括材料种类、材料厚度、结构件的尺寸和形状等。
在进行多模型拓扑优化设计时，需要根据具体的设计要求和目标来确定设计变量。
2. 建立车身结构的有限元模型：有限元模型是进行车身结构分析和优化的基础，通过将车身结构离散成一系列有限元单元来建立模型。
有限元模型需要考虑到车身结构的复杂性和受力情况，以保证分析结果的准确性。
3. 定义优化目标和约束条件：优化目标是指在车身结构设计中需要优化的性能指标，例如重量、刚度、强度等。
约束条件是指在优化过程中需要满足的限制条件，例如材料的可用性、制造成本、可靠性等。
通过定义合适的优化目标和约束条件，可以实现车身结构的有效设计和优化。
4. 选择优化算法进行优化：优化算法是进行多模型拓扑优化的关键，常用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些优化算法能够基于已有的有限元模型和定义的优化目标来搜索最优的设计方案。
5. 进行优化计算和分析：根据设计变量、优化目标和约束条件，运用选择的优化算法进行优化计算和分析。
通过多次迭代优化，不断改进车身结构的拓扑结构和材料选择，最终得到最优的设计方案。
通过引入多种材料和拓扑结构的设计思想，可以获得更加轻量化和高性能的车身结构。
通过合理的材料选择和结构优化，可以提高车身的强度和刚度，在保证安全性的同时减轻车身的重量。
多模型拓扑优化方法能够提高设计效率和减少设计成本。
基于正交试验的大型客车车身结构多工况拓扑优化研究
基于正交试验的大型客车车身结构多工况拓扑优化研究随着社会的发展，大型客车在公共交通领域所占的重要性不断增加，面对着越来越严苛的环保和安全要求，其设计结构也不断升级。
而车身结构的优化设计是重要的研究方向之一，能够有效降低车身结构的重量、提高领域属性等。
本文基于正交试验的实验设计方法，对大型客车车身结构在多工况下进行拓扑优化研究。
正交试验法是一种系统的试验设计方法，通过少量试验次数就可确定多个因素对结果的影响，从而系统的分析优化问题和选择最佳方案。
将该方法应用在大型客车车身结构拓扑优化中，可以节省大量试验成本和时间，提高研究效率。
本文选取了大型客车车身结构优化过程中的重要参数进行分析，包括车身侧面2D模型、最大的主拱弓截面形状、前轮弹簧承载点位置、后轮悬挂单元参数等。
在进行正交试验的实验设计过程中，选取了四个因素进行研究，每个因素选择了三个不同的水平值。
通过正交试验设计表将这些水平值组合，得到12组实验，同时设置了多工况载荷，分析车身结构在不同工况下的受力变化情况，以实现全面分析和综合评价车身结构的工作性能。
通过对实验进行数据分析和处理，得出对大型客车车身结构优化的建议，包括：增加前轮弹簧承载点支撑的刚度增加车身的稳定性和承载能力；优化后悬挂单元参数，减小车身的横向摆动，提高舒适性；采用梯形横梁结构，减小车身重量，提高燃油经济性。
最终将这些优化方案进行综合，得到了一组最佳的车身结构设计方案。
在大型客车车身结构优化研究中，正交试验法是一种非常有效的设计方法，具有高效、全面、精确等优点。
通过减少试验次数，加快研究进程，同时可提供更加准确和全面的实验数据，为优化车身结构提供科学依据和理论支持。
此外，正交试验法还可以帮助研究人员寻找到主要影响车身结构性能的关键因素，进而优化方案的选择和设计。
在实验设计过程中，将多个参数进行组合测试，通过数据分析，发现每个因素的主要作用及其相互作用，可以帮助研究人员更准确地确定每个因素对车身结构的影响程度，并判定各个因素之间的相关性。
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
车身结构是汽车的重要组成部分，直接影响到汽车的安全性、刚性和轻量化程度。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计是一种运用计算机辅助设计方法，结合多模型和拓扑优化技术，对车身结构进行概念设计和优化的方法。
本文将介绍基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计的基本原理和方法，并探讨其在汽车制造业中的应用前景。
车身结构概念设计是汽车设计工程中的重要环节。
在概念设计阶段，设计师需要根据汽车的功能需求和市场定位，确定车身结构的整体布局和关键节点的设计要求。
传统的设计方法主要依靠设计师的经验和感性判断，存在着主观性强、效率低、不可追溯等问题。
而基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计是一种基于数学模型和计算机技术的新型设计方法，可以有效地解决传统方法存在的问题。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计的基本原理是将车身结构分解为多个子模型，并对每个子模型进行拓扑优化。
通过对子模型进行拓扑优化，可以得到具有最优结构性能的子模型。
然后，将各个子模型进行组合，得到整体的车身结构。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计具有许多优点。
它能够提高车身结构的性能和轻量化程度。
通过对车身的拓扑形态进行优化，可以得到结构材料分布合理、重量轻、刚性好的车身结构。
它能够提高设计效率和准确性。
通过计算机辅助设计和优化，可以快速获得最优的车身结构。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计具有较好的可追溯性和可扩展性。
设计过程完全可逆，设计参数可以灵活调节，能够满足不同的设计要求。
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汽车工业的快速发展，车身结构的设计变得越来越重要。
车身结构的设计不仅仅关乎汽车外观的美观度，更关乎汽车的安全性、舒适性和燃油效率。
车身结构的概念设计成为了汽车工程领域的一个热门研究方向。
本文基于多模型拓扑优化方法，对车身结构进行概念设计，并分析了其中的关键技术和方法。
1. 背景介绍车身结构是整个汽车的主要组成部分，它承担着支撑车身重量、保护车内乘客、减轻碰撞冲击和提高车辆稳定性等重要功能。
传统的车身结构设计往往是通过试错方法进行的，效率较低且容易导致设计结果不够优化。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计成为了一种新的设计思路。
2. 多模型拓扑优化方法多模型拓扑优化方法是一种将多种优化模型相结合的优化方法，它可以充分发挥各种优化模型的优势，有效地解决复杂问题。
在车身结构设计中，可以将多模型拓扑优化方法应用于不同的设计阶段，如材料选择、结构形状和尺寸优化等。
通过多模型拓扑优化方法，可以找到最优的车身结构设计方案，以满足不同的设计要求。
3. 车身结构概念设计流程（1）需求分析：首先需要对车身结构设计的需求进行分析，包括安全性、舒适性、燃油效率等方面的要求，并进行整体设计目标的确定。
（2）模型建立：在确定设计目标后，需要建立车身结构的初始模型。
可以利用CAD软件建立初始模型，并对整体结构进行初步的优化。
（4）优化求解：通过多模型拓扑优化方法，可以获得最优的车身结构设计方案。
在优化求解过程中，需要综合考虑各种设计要求，如结构强度、刚度、重量和成本等，以达到最佳的设计效果。
（5）验证评估：对优化后的车身结构设计方案进行验证评估。
可以通过实物模型或数值模拟的方式对设计方案进行验证，以确保其满足实际的应用要求。
4. 关键技术和方法（1）有限元分析：有限元分析是车身结构设计中常用的分析方法，可以对车身结构进行复杂的力学分析。
通过有限元分析，可以获得车身结构在不同工况下的受力情况，为优化设计提供数据支持。
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。
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汽车工业的快速发展，车身结构的设计和优化变得越来越重要。
一种新的基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计，成为了研究人员和汽车制造商们关注的焦点。
本文将介绍这种方法的基本原理和优势，以及它在车身结构设计中的应用。
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将多种模型和拓扑优化技术相结合的新型设计方法。
它主要包括以下几个步骤：1. 数据采集和建模：需要采集和整理车身结构相关的数据，包括材料性能、受力情况、外形设计等。
然后，利用建模软件构建车身结构的数学模型。
2. 多模型拓扑优化：在建立好的数学模型的基础上，采用多种拓扑优化模型，通过仿真和计算，得到不同的设计方案。
3. 综合分析和评价：将得到的不同设计方案进行综合分析和评价，找出最优的设计方案。
4. 优化方案实施：将得到的最优设计方案实施到车身结构中，并进行实验验证。
多模型拓扑优化方法的基本原理是将多种优化模型相结合，通过多种优化方法得到更加全面和可靠的设计方案，从而提高车身结构的性能和质量。
多模型拓扑优化方法相比传统的单一模型优化方法，具有以下优势：1. 更全面的设计方案：多模型拓扑优化方法能够得到更多样化的设计方案，覆盖更多的设计空间，从而可以得到更加全面和多样的设计方案。
2. 更灵活的设计过程：多模型拓扑优化方法可以结合多种设计方法和优化技术，设计过程更加灵活，能够满足不同的设计需求和设计目标。
4. 更快速的设计周期：多模型拓扑优化方法能够加快设计过程，缩短设计周期，提高了车身结构的设计效率。
多模型拓扑优化方法在车身结构设计中具有广泛的应用前景。
它可以应用于车身结构的各个方面，包括结构强度优化、刚度优化、减重优化等。
1. 结构强度优化：通过应用多模型拓扑优化方法，可以对车身结构的强度进行优化设计，提高其抗压、抗弯和抗拉等方面的性能，使得车身结构更加稳固和可靠。
3. 减重优化：在汽车轻量化的趋势下，减重优化也是车身结构设计的重要方面。
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
随着汽车产业的不断发展，车身结构设计已成为汽车设计过程中的重要环节。
在设计过程中，如何优化车身结构成为了设计师们需要考虑的主要问题之一。
近年来，多模型拓扑优化方法逐渐成为优化车身结构的重要手段之一。
多模型拓扑优化方法是将不同材料之间的结构优化问题转化为一种数学问题，通过更加有效地使用计算机资源，可以大幅提高结构设计效率。
该方法主要采用基于有限元的数值计算技术，通过对结构形态的控制来达到优化结构的目的。
在车身结构的概念设计过程中，多模型拓扑优化方法应用广泛，可以为设计师提供直观的结构设计方案，并指导其进行优化设计。
其主要步骤包括以下几个方面：
首先，对车身结构进行划分，确定结构的不同功能区域，例如车身前端、中段和后端等。
然后，通过结构优化算法，将不同区域的结构与材料进行匹配，同时考虑结构强度、稳定性和耐久性等因素，以提高车身整体性能。
在具体实施过程中，设计师需要通过一系列的数学模型，将车身结构的几何形态、材料物性参数和载荷等条件输入到优化算法中，并根据分析结果，选择最合适的结构形态。
在进行优化过程中，需要考虑材料适用性、成本和生产技术等方面的因素，以达到可行的设计方案。
总之，多模型拓扑优化方法在车身结构概念设计中具有重要的应用前景，可以大幅提高设计效率，同时也为汽车行业的可持续发展提供了新的技术支持。
未来，随着计算机计算能力的不断提高和新材料技术的不断发展，多模型拓扑优化方法将在汽车设计领域发挥越来越重要的作用。
基于拓扑方法的汽车车体结构优化
基于拓扑方法的汽车车体结构优化ʌ日ɔ斉藤孝信 塩崎毅 玉井良清摘要:拓扑学为数学领域的一大重要分支学科,主要研究几何图形在连续改变形状时还能保持不变的相关特性,即研究拓扑空间在拓扑变换下的不变性及不变量㊂最优化是应用数学的1个分支学科,是在一定约束条件下选取某种方案使目标达到最优的1种方法,在工程设计㊁项目管理等诸多领域得以广泛应用㊂目前,日本汽车研发人员正在将拓扑方法㊁最优化及计算机辅助工程(C A E)得以完美结合,成功将其应用于发动机缸体及悬架下控制臂等铸件的优化过程㊂介绍了应用拓扑方法使汽车零部件实现最优化的基本原理及优化结果,同时展示了将拓扑学最优化分析程序应用于点焊位置及粘结剂位置的优化示例㊂关键词:拓扑学;最优化;C A E;车体结构;点焊;粘结剂0前言出于环保及改善燃油耗的需求,各大车企正在快速推进汽车车体的轻量化㊂为实现轻量化,汽车白车身更倾向于使用高强度钢板㊂随着高强度钢板的应用,相应降低了板材厚度,使整个车体的刚度也随之降低㊂作为相关对策,使用质量最轻的材料以弥补由此降低的刚度是必不可少的㊂目前,可通过拓扑学最优化方法实现改良[1-2]㊂拓扑学最优化方法是在给予一定设计空间的前提下,保留所必备的单元㊂通过拓扑学最优化设计,可将复杂而独特的形状应用于零部件㊂该方法目前已在发动机缸体及悬架下控制臂等领域的最优化过程中得到应用㊂就由薄板构成的车体而言,由于拓扑学最优化过程中须重点考虑单元尺寸及计算负荷等问题,不能使单元尺寸过度缩小[3],所以运用拓扑学最优化方法难以设计出具体的零件形状㊂基于初步的设计指南[3-4],研究人员针对目前车体结构中灵敏度较高的部分,对薄壳单元实现了拓扑学最优化处理[5-6]㊂本文介绍了在由薄壳单元组成的汽车车体结构中,引入由实心单元构成的设计空间,使用拓扑学最优化方法以改善零部件形状[7-9]㊂此外,介绍了拓扑学最优化分析程序在点焊中的应用,以及针对粘结剂涂覆位置最优化过程的示例[10]㊂1使用了白车身的静态刚度的零件形状最优化1.1分析方法图1表示用于白车身最优化过程的整车模型㊂该整车模型由美联邦新车评价中心(N C A C)所公布,车体由薄壳单元所构成㊂图2示出了车体承载负荷的4个约束条件㊂约束前悬架安装部件与后部螺旋弹簧安装部件共占4个条件中的3个,剩下1个负荷条件是在车辆上方加载1000N负荷㊂同时,科研人员设定了变更负荷加载位置的4个条件,使用了图1所示的白图1最优化过程中使用的整车模型车身,对在由薄壳单元构成的车体中采用的空间设计方法的合理性进行了验证㊂目标部件被设定为在灵敏度分析中用于构成后部地板的侧构件与横向构件的结合部分㊂图3示出了最优化的目标部件㊂在设计空间的引入过程中,科研人员去除横向构件的终端部件,从而对由实心单元构成的设计空间进行了布置㊂考虑到负荷的传递需求,将通过实心单元构成的设计空间与通过薄壳单元构成的横向构件的端部㊁后部侧构件,以及地板进行了连接㊂最优化的目标条件是使图2所示的4个负荷条件的平顺性总和最小㊂约束条件还应考虑到在设计空间内通过薄板生成零件的形状,将其体积百分率设定为20%㊂此外,研究人员充分运用基于352020 NO.3汽车与新动力All Rights Reserved.拓扑学最优化方法的保留结果,优化了零件形状,进而确保了其刚度㊂图2 扭转刚度的负荷约束条件图3 最优化过程的目标部件1.2 最优化结果图4示出了车体经拓扑学最优化处理后的保留部分㊂该保留部分由后部侧构件与横向构件所组成,重点保留了设计空间的地板侧平面㊂通常认为应从加载点通过侧构件㊁横向构件向地板传递负荷㊂图4 拓扑学最优化过程后的保留结果1.3 基于最优化结果的形状研究图5表示了运用基于拓扑学最优化方法而生成的新零件与原零件的形状对比㊂最优化后的零件与原零件同样用点焊连接了侧构件㊁横向构件和地板㊂以原零件为基准,经最优化处理后的零件的抗扭刚度提高约4.3%,质量增加了0.1k g ㊂在通常情况下,提高车体扭转刚度具有较高难度㊂研究人员从质量效率的观点出发,认为通过该方法能实现抗扭刚度的最优化(指能以最小的质量增加为代价而强化零件刚度)㊂图5 零件原有形状与经最优化后的形状图6通过应变能分布情况的对比,以说明零件最优化后的效果㊂在该最优化实例中,可使零件平顺性的总和降至最低㊂原零件中横向构件的边线及地板的边角位置均产生了较大的应变能㊂由此确认,经最优化处理后的横向构件的边线及地板边角位置的应变能均已大幅降低㊂图6 零件应变能分布情况的对比2 白车身特征值的零件形状最优化2.1 分析方法图7表示运用了计算机辅助工程(C A E )的特征值分析而得出的车体前部弯曲变形的状态㊂作为本次研究的对象,选择了仅在车体前部沿车宽方向进行移动的前部弯曲模式㊂车体全长为4178m m ,用25倍表示了其变形情况㊂根据图7可知,车体仅会面临前部弯曲的状态㊂从该弯曲模式的特征值看,原车体弯曲特征值为31H z ,操纵安全性较好的车体的前部弯曲特征值会在40H z 以上㊂因此,研究人员将比40H z更高的数值作为目标而开展研究㊂图7 基于前部弯曲变形状态的特征值分析对图1所示的白车身,通过在由薄壳单元构成的36汽车与新动力All Rights Reserved.车体上引入空间设计的方法,建立了最优化模型㊂优化过程的目标部件被设定为前部横向弯曲区域内从散热器固定架到发动机上部的前侧部分㊂图8(a )示出了原车体状态;图8(b )表示从原车体去除了零件后的状态;图8(c)表示将由实心单元构成的设计空间引入至全车模型后的状态㊂对于去除了散热器固定架及翼子板支架而保留了前构件的车体而言,配置了通过实心单元构成的设计空间㊂此外,考虑到负荷传递需求,连接了设计空间与车体,设定了最优化的目标条件,使前端弯曲特征值最大化,并设定了其体积百分率应为20%以下㊂作为对性能的验证,运用经拓扑学最优化后的保留结果,生成了断面形状各异的模型,同时调整了其形状及板厚,进而验证了特征值㊂另外,作为技术对比,对用于固定保险杠的塔形支撑杆进行了验证,并将基于灵敏度分析而设计出的零件作为优化目标,对通过增加板厚而改善了特征值的情况进行了验证㊂图8 引入了实心单元的车体模型2.2 最优化结果图9表示利用车体模型进行拓扑学最优化后保留的状态㊂保留特征的结果是前侧部分呈现X 形㊂先在散热器固定架附近实现一次性收缩,然后与保险杠左右安装部相连接,再次在车体下部收缩,从而得出了保留后的状态结果㊂从该结果可知,为提高前部弯曲的特征值,通过连接部件而支承前部悬架及保险杠的方案是卓有成效的㊂2.3 基于最优化过程的零件形状研究将经最优化后设计出的零件配装到车体上,同时作为与最优化零件的比较,采用了连接左㊁右悬架的塔形支撑杆㊂图10示出了经灵敏度分析后增加了板厚的零件㊂将这些零件的板厚同样按1.2倍㊁1.4倍㊁2.图9 利用车体模型进行拓扑学最优化后保留的状态倍分别设定,并进行了特征值分析㊂图11同时示出了使用塔形支撑杆㊁增加板厚,以及通过形状最优化处理后的零件前部弯曲特征值㊂经最优化处理后的零件的前部弯曲特征值为55H z ,该类值得以大幅提高㊂将塔形支撑杆的特征值增加0.2H z,对于前部弯曲部件而言,特征值的增加尚无法起到明显效果㊂此外,即便只增加高灵敏度零件的板厚,如以增加25k g 的板件质量为例,其特征值也只能提高到35H z,其效果无法与最优化过程相比㊂图10增加了板厚的零件图11 形状最优化后的零件特征值372020 NO.3汽车与新动力All Rights Reserved.3白车身点焊焊接点位置的最优化3.1分析方法图12示出了点焊焊接点最优化程序的示意图㊂该图模拟了零件凸缘部,是按20m m间隔设定补加焊接点的示例㊂原焊接点按40m m间距进行布置,优化后按最小20m m间距将其设定为最优化过程的目标焊接点㊂根据拓扑学最优化方法,只保留了对刚度有较大提升效果的焊接点㊂在整车模型中,按照10m m㊁20m m㊁30m m分别调整最小焊接点间距,研究了其对刚度的影响㊂整车模型使用了图1所示的车体,负荷条件则使用了图2的抗扭刚度负荷约束条件,并通过实心单元描述了焊接点㊂相比车体上原设定的3906个焊点,按最小20 m m的焊接点间隔,设定了最优化后的目标焊接点数为3168个;按最小10m m的焊接点间隔,设定了最优化后的目标焊接点数为10932个;按最小30m m的焊接点间隔,设定最优化的目标焊点数为1679个㊂将上述焊接点设定为后续开展拓扑学最优化过程的目标条件,使4个负荷条件的平顺性总和最小,使其为刚度最大的约束条件,从而保留了焊接点数与最优化焊接点数的比例㊂最优化过程后保留的焊接点数都按最小焊接点间隔分别设定为200个㊁400个和600个㊂此外,使用了基于拓扑学最优化过程的保留结果,生成整车模型,并通过C A E验证了其刚度㊂此外,在具有高应变特性的焊接点附近补加了其他焊接点,与最优化后的结果进行了比较㊂图13示出了通过传统方法补充焊接点的示意图㊂采用的方法是在应变能较大的焊接点两侧间距20m m的位置上各补加2个焊接点㊂在上述4个负荷条件下的各个焊接点上,按照应变能总和大小进行排序,将目标焊接点数设定为100个㊂在这100个目标焊接点的两侧,按最小20m m的间距补加了200个焊接点㊂3.2焊接点位置的最优化分析结果图14示出了在整车模型的各个最小焊接点间隔条件下,基于拓扑学最优化过程后保留的焊接点㊂这是在各种焊接点间隔条件下均补充200个焊接点的结果㊂保留焊接点的位置主要分布于后部横向构件(后横梁),车身B柱上㊁下部,A柱及减振器塔形支撑件周边㊂此外,在焊接点间距较小的情况下,可看到保留的焊接点呈现密集分布的趋势;在焊接点间隔较大的情况下,可看到保留的焊接点呈现分散的趋势㊂图12补充焊接点的最优化过程示意图图13通过传统方法补充焊接点的示意图图14基于拓扑学最优化过程而保留的焊点图15表示运用拓扑学最优化过程,通过补充焊接点以提高车体刚度的效果㊂在所有最小焊接点间隔的条件下(指焊接点间距分为别为10m m㊁20m m㊁3038汽车与新动力All Rights Reserved.m m),随着焊接点数的不断补充,刚度有所提高㊂但当焊接点间距为30m m时,随着焊接点数的增加,刚度提高效果逐渐趋于饱和㊂另外,在同样补充焊接点的条件下,焊接点间隔越小时刚度提高效果越明显㊂此类现象是由于10m m的焊接点间隔较小,所以能可靠地设定有利于提升刚度的焊点位置;在焊接点间隔为30m m的条件下,由于受焊接点间隔的制约,通常无法直接提升部件的刚度㊂图15利用最优化过程补充焊接点以提升车体刚度的效果图16表示分别通过传统方法与拓扑学最优化方法补充200个焊接点位置后的效果比较㊂通过传统方法补充的焊接点位置集中于后方横向构件及车身B柱的上部和下部,而通过拓扑学最优化方法追加的焊接点基本分布于整个车体上㊂图17表示采用传统方法及拓扑学最优化方法,通过补充点焊焊接点以提高刚度的效果㊂采用拓扑学方法的刚度提升效果比采用传统方法的刚度提升效果要高出3倍㊂这可认为是初期通过传统方法决定后续焊接点的位置,但却无法适应补充焊接点过程中的应变状态所导致的㊂另一方面,在拓扑学方法应用过程中,认为补充的焊接点位置已得以最优化,以便在补充200个焊接点时使刚度达到最大㊂4白车身结构用粘结剂涂覆位置的最优化4.1分析方法至于针对粘结剂涂覆位置的最优化,使用了图1所示的白车身模型,负荷条件则与焊接点位置最优化过程相同㊂在整车模型方面,根据在凸缘面上涂覆粘结剂的状态,运用了拓扑学最优化方法,调整保留量,研究了其对刚度的影响㊂粘结剂通常被设定为实心单元,设定了涂覆全长为103m的结构图16补充焊接点的位置比较图17利用补充焊接点的方法以提高刚度的效果对比用粘结剂㊂由于前后保险杠部㊁车顶部㊁副车架等部件并非粘结剂的主要应用部位,因此通常不被计入研究目标㊂研究人员将应用粘结剂的部位设定为拓扑学最优化过程的目标条件,以使4个负荷条件的平顺性总和最小㊂为使刚度达到最大,在制约条件方面使用了保留的粘结剂量/以最优化为目标的粘结剂用量的比例参数㊂经最优化过程后保留的粘结剂的比例分别设定为80%㊁60%㊁40%和20%共4种情况㊂此外,运用基于拓扑学最优化过程的保留结果,构建整车模型,测量了凸缘长度方向上粘结剂的涂覆长度,并对刚度进行了验证㊂依据粘结剂的特性,研究过程中所使用的弹性模量为3.0G P a,泊松比为0.45,比重为1.0,并通过C A E验证了其刚度㊂研究人员利用C A E精确地构建了结构模型㊂但在使用粘结剂的情况下,该过程对人工操作依赖性较高,因而耗费了较多工时㊂因此,针对焊接点位置的最优化过程,重点研究了通过调整粘结剂涂覆位置以提高刚度的方法㊂由于能实现自动化补充焊接点,因此392020 NO.3汽车与新动力All Rights Reserved.可使工时降至原来的50%以下㊂运用图12所示焊接点的最优化程序,采用10m m的焊接点间隔,对接合单元进行了配置,以使其形成接近于连续接合的状态㊂此外,要求接合单元与粘结剂的最优化过程相一致,保留原有的焊接点㊂至于整车模型,相比于车体上原有的3906个焊点,研究人员设定了最优化后的目标焊接点数为10932个㊂为使4个负荷条件的平顺性总和为最小,保留了3600个接合点㊂通过这一保留结果,开展了针对粘结剂涂覆位置的研究㊂4.2粘结剂涂覆位置的最优化分析结果图18表示在整车模型上使用了拓扑学最优化方法后的粘结剂保留位置㊂主要保留的涂覆位置为后部横向构件(后横梁)㊁车身B柱上下部㊁A柱㊁减振器塔形支撑件周边及前围板㊂图18通过拓扑学最优化并采用结构粘结剂后保留的涂敷位置应用基于焊接点位置的最优化方法,为了重点研究有利于提高刚度的粘结剂涂覆位置,比较了通过拓扑学最优化方法而补加的600个焊接点与采用粘结剂涂覆的位置㊂图19示出了这些焊接点与采用粘结剂涂覆后的最优化位置㊂保留焊接点的位置主要为后部横向构件,车身B柱上下部,A柱及减振器塔形支承件周边区域㊂与粘结剂保留的位置相比,两者分布位置大致相同㊂如前围板及车身后侧围板上部,则是焊接点保留较少的部位㊂另一方面,通常认为粘结剂在焊接点分布致密的区域可充分发挥成效㊂图20表示了焊接点间隔低于20m m的部件,以及焊接点间隔大于20m m并适于涂覆粘结剂的部件㊂由于该方法的应用,相比于图19中间距较大的位置,由此也显示了离散焊接点的保留结图19焊接点与涂覆粘结剂的最优位置果,并认为其能作为连续接合的粘结剂的应用部位(即明确指出粘结剂涂覆位置)㊂图20结构粘结剂的推荐涂敷位置图21表示将本方法应用于汽车车体量产的实例㊂车体为插电式混合动力汽车(P H E V)E d i t i o n车型的车体㊂在该车型后车门开口位置及货厢后栏板的开口位置㊁轮罩部等处通过拓扑学方法进行优化,并涂覆了粘结剂㊂5结语本文介绍了拓扑学最优化方法在汽车车体中的应用㊂就以薄板构成的车体而言,采用由实心单元构成的设计空间,运用拓扑学最优化方法,可实现零件形状的最优化并加强零件的最优化配置㊂这种方法在负荷传递路线复杂的全车模型领域,能设计出质量较高的零件形状㊂此外,拓扑学最优化方法对于焊接点位置及粘结剂涂覆位置的最优化也有着较好效果㊂同时,通过整车模型能有效优化焊接点位置及粘结剂涂覆位置㊂今后,可逐渐扩大拓扑学最优化方法的应40汽车与新动力All Rights Reserved.图21针对量产车的结构粘结剂应用示例用领域㊂参考文献[1]菊池昇.均質化法によゐ最適設計理論[J].応用数理,1993,3(1): 2-26.[2]畔上秀幸.形状最適化問題の解法[J].計算工学,1997,2(4).[3]稲積透,ほか.次世代鋼製環境対応車F u t u r eS t e e lV e h i c h l e(第2報)[C].自動車技術会論文集,2013.[4]宮田豊,ほか.B R Zのボデイ開発におけゐC A E事例[J].スバル技報,2012(39):97-105.[5]野村章,ほか.最適化技術を用いた軽量高剛性ボディの開発手法[J].スバル技報,2004(31):161-166.[6]丹羽俊之,ほか.薄肉鋼構造衝突部材ヘの非線形トポロジ 最適設計の適用[C].自動車技術会学術講演会前刷集,2012. [7]斉藤孝信,ほか.部品形状の最適化手法の開発(第1報)[C].自動車技術会学術講演会前刷集,2013.[8]斉藤孝信,ほか.部品形状の最適化手法の開発(第2報)[C].自動車技術会学術講演会前刷集,2014.[9]斉藤孝信,ほか.トポロジ 手法を用いた固有値に関すゐ車体構造の最適化[C].自動車技術会学術講演会前刷集,2017. [10]斉藤孝信,ほか.トポロジ 手法を用いた接合位置の最適化(第1報)[C].自動車技術会学術講演会前刷集,2015.彭惠民译自自動車技術,2018,72(10)伍赛特编辑(收稿时间:2019-04-21)412020 NO.3汽车与新动力国内外超All Rights Reserved.。
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
车身结构概念设计是汽车设计过程中非常重要的一步，其目的是为了获得尽可能轻量化、刚性化和安全化的车身结构。
由于多种因素的影响，车身结构设计往往面临着各种挑
战和复杂性。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计是一种近年来受到广泛关注的设计方法。
该方法通过将车身结构设计问题转化为一个拓扑优化问题，从而能够同时考虑到结构性能、重量和制造成本等多个因素的影响。
具体而言，该方法将车身结构分为多个设计单元，并
针对每个设计单元的布局进行优化。
在策略的选择上，基于多模型拓扑优化方法采用了一种综合考虑汽车结构性能与设计
约束的策略。
在汽车结构性能方面，该方法通过考虑材料的刚性、强度和冲击吸收等特性，以及车身结构的频率特性等因素，来评估不同布局方式的优劣。
该方法还考虑了诸如总体
车辆动力学性能、制动性能、驾驶舒适度等方面的设计要求，在此基础上进行结构的布局
优化。
在多模型的选择上，该方法将车身结构分为多个设计单元，并对每个设计单元进行拓
扑优化。
不同的设计单元可以具有不同的材料特性、形状和厚度等特征，以适应不同部位
的力学要求。
通过对多个设计单元的拓扑布局进行优化，可以获得更加轻量化和高效的车
身结构。
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
车身结构的概念设计是汽车设计过程中的重要环节之一，合理的车身结构可以提高车
辆的安全性、舒适性和性能。
而多模型拓扑优化方法是一种通过结合多种模型来优化设计
的方法。
确定设计目标和约束条件。
在概念设计阶段，需要确定车身结构的性能指标和设计目标，如刚度、强度和减重等。
还需要考虑到一些约束条件，如空间限制、安全性要求等。
然后，建立多模型库。
多模型库是根据设计目标和约束条件构建的一系列模型集合，
这些模型包含了不同的设计变量和参数。
通过建立多模型库，可以为设计提供更多的选择
空间，同时满足不同的设计要求。
接下来，进行拓扑优化。
拓扑优化是指在给定约束条件下寻找最优设计的过程。
利用
多模型库中的模型，可以采用多种方式进行拓扑优化，如遗传算法、模拟退火算法等。
这
些优化方法可以通过迭代的方式来寻找最优解，在每一次迭代中，都可以通过模型之间的
比较和选择来寻找更优的设计。
评估和改进设计。
在完成拓扑优化后，需要对优化结果进行评估和改进。
通过对设计
进行评估，可以了解设计是否满足设计目标和约束条件，并进行相应的改进。
在评估和改
进的过程中，可以对多模型库进行更新和修正，以提高优化效果。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计可以充分利用不同模型之间的优化优势，提高设计的效率和准确性。
通过该方法，可以得到更合理和先进的车身结构设计，为后续
的详细设计和制造提供有力的支持。
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。
基于拓扑优化方法的某suv车身传递路径研究
THESIS技TH论坛基于拓扑优化方法的某suv车身传递路径研究张伟（上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心，上海200438）摘要：以某SUV车型为研究对象，采用拓扑优化方法，以架构尺寸、布置、内外饰汽车初步造型面作为初始输入，建立车身拓扑空间有限元模型，并依次从结构组合工况、安全组合工况及综合工况3个方面进行拓扑优化和对比分析研究，得到的拓扑优化结果能很好地满足工程设计要求，指导应用车身详细方案设计。
关键词：架构开发；车身；拓扑优化；传递路径0前言在汽车架构开发前期，由于车身数据还处于概念阶段，很难同时满足安全、振动-噪声-平顺性（NVH）、结构刚强度的性能开发要求。
随着车身设计技术的发展,拓扑优化方法成为架构前期解决这一问题的关键技术。
目前，针对白车身拓扑优化技术已经有大量理论和应用研究。
侯文彬等m采用变密度法对某纯电动车白车身进行拓扑优化设计。
结果表明，拓扑优化方法能够得到纯电动汽车白车身最优结构。
谢伦杰等⑵采用折中规划法定义静态多工况目标函数，以平均频率法定义动态振动频率目标函数，得到同时满足静态刚度和动态振动频率要求的电动汽车车身拓扑结构。
张鹏飞等闪将碰撞工况转化为等效的线性工况，并与刚度、耐久性、NVH工况等通过加权应变的方法组合为优化设计的目标函数，获得有效的路径结果。
史国宏等⑷研究了如何在车身的各个开发阶段，合理地应用多种优化设计方法。
张守元等闪对某车身采用焊点拓扑优化和联合拓扑优化，在焊点数量不增加的情况下，刚度提升10%,车身实现减重29%。
王登峰等皈采用拓扑优化对某商用车驾驶室焊点进行了缩减。
王国春等刀提出了一种基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法。
张伟等⑷针对电动汽车的独特承载要求，提出一种结合拓扑优化和车身尺寸优化的设计方法，实现了电动汽车白车身的正向设计。
本文在上述研究的基础上，以某SUV车型为对象，研究前期架构开发阶段车身兼顾结构、安全、NVH 性能的结构传递路径。
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车身结构是指汽车的主体结构，它承载着车辆的负荷并提供乘员安全保护。
车身结构的设计是汽车设计中的重要环节，它直接影响着车辆的性能和安全性。
近年来，基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计成为汽车设计领域的研究热点。
传统的车身结构设计通常是采用经验法则和专家经验进行设计，往往存在结构不均匀、超材料使用不合理等问题。
而基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计能够充分利用计算机仿真及优化方法，通过极限化理论进行结构优化，提高结构的性能和安全性。
多模型拓扑优化方法的基本思想是将车身结构划分为若干个小模型，然后在每个小模型上进行优化，最后将优化后的小模型组合成一个整体的车身结构。
这样做的好处是可以通过对每个小模型的优化，来实现整体结构的优化。
这种方法还可以充分考虑车身结构的多样性，提高车身结构的整体性能。
确定结构的目标函数。
目标函数一般包括结构的重量、刚度、自然频率等指标，这些指标直接关系到车身结构的性能和安全性。
建立车身结构的有限元模型。
有限元模型是基于计算机仿真的方法，可以有效地分析车身结构的载荷、应力和变形等性能。
然后，选择适当的优化算法。
常用的优化算法包括遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等，这些算法可以帮助寻找优化解或接近优化解。
进行结构优化。
通过对结构进行优化，可以得到最优的结构形态和设计参数，从而提高车身结构的性能和安全性。
基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计是一种有望提高车身结构性能和安全性的方法。
通过充分利用计算机仿真及优化方法，该方法可以实现结构优化，进一步提高车身结构的整体性能。
未来，在这一研究领域，还需要进一步深入研究多模型拓扑优化方法，提出更加高效的优化算法，为车辆设计带来更大的突破。
汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究
汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究范文杰范子杰苏瑞意清华大学,北京,100084摘要:为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。
基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。
通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。
该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。
关键词:车架;多目标;拓扑优化;折衷规划中图分类号:U463.82;TP391.72 文章编号:1004—132X (2008)12—1505—04R esearch on Multi -objective Topology Optimization on Bus Chassis FrameFan Wenjie Fan Zijie Su Ruiyi Tsinghua University ,Beijing ,100084Abstract :This paper p resented a multi -objective topology optimization met hod for bus chassis f rame ,in which bot h t he compliance and eigenf requencies were regarded as static and dynamic optimization objectives.Based on t he SIMP (solid isotropic material wit h penalization )met hod ,comp romise p rogramming met hod was adopted to define o bjectives of multi -objective topology optimization and multi -stiff ness topology optimization ,mean frequency met hod was adopted to settle eigenf requencies of free vibration optimization.This approach overcomes t he shortcoming of single -objective optimizatio n met hods which can not simultaneously consider ot her objectives and suit s to multi -objective topology optimization of continuum.K ey w ords :chassis frame ;multi -objective ;topology optimization ;compromise p rogramming收稿日期:2007—06—27基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2006AA11A102)0 引言结构早期的概念设计过程中,在给定设计目标和约束的情况下,找到最好、最可能的产品拓扑或材料布局对于新产品的开发是非常重要的。
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车身结构是汽车最基本的部分之一，它对汽车的安全性、稳定性、性能等方面都有着重要的影响。
因此，在汽车设计的初期阶段，必须对车身结构进行充分的概念设计和优化。
本文基于多模型拓扑优化方法，介绍了一种车身结构的概念设计方法。
传统的车身结构设计一般是基于经验和直觉的，这种设计方法存在以下缺点：1.设计师对材料和工艺等专业知识要求较高，因此设计的效率较低；2.由于设计师自身的经验和直觉的局限性，设计出的方案可能存在局部最优的情况，优化的空间较小；3.对于新材料和新工艺的应用，传统的设计方法无法有效地利用它们的优势。
多模型拓扑优化方法是一种基于计算机模拟的设计方法，它通过对设计空间进行自动化搜索，找到最优的结构方案。
这种方法能够有效地综合考虑材料、工艺和力学性能等因素，从而得到更加优化的结果。
具体来说，多模型拓扑优化方法的步骤如下：1.建立几何模型。
通过三维建模软件，建立车身结构的几何模型。
2.建立有限元模型。
将车身结构的几何模型导入到有限元分析软件，建立有限元模型。
有限元模型包括车身结构的各个部分、质量、边界条件等信息。
3.定义设计变量。
设计变量是可以被调整的参数，例如车身结构的材料、几何形状等。
通过定义设计变量，可以对车身结构进行优化。
4.定义约束条件。
约束条件是指车身结构需要满足的力学性能要求。
例如，车身结构的强度、刚度、重量等要求。
5.建立准则函数。
准则函数是指需要进行优化的目标，例如最小化车身结构的重量，最大化车身结构的强度等。
6.优化求解。
通过有限元分析软件和优化软件，对车身结构进行多模型拓扑优化求解。
优化求解的结果是一种最优的车身结构方案，包括材料、形状、重量和性能等信息。
通过多模型拓扑优化方法，可以得到更加优化的车身结构方案。
这种方法综合了材料、形状和力学性能等因素，在设计初期就可以得到最优的结果。
与传统的设计方法相比，多模型拓扑优化方法具有设计效率高、优化空间大、设计质量高等优点。
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
车身结构概念设计是汽车设计中的重要环节，它直接关系到汽车的性能和安全性。
传
统的车身结构设计方法大多采用经验法则和试错法，效率低且缺乏创新性。
基于多模型拓
扑优化方法的车身结构概念设计则能够通过优化算法，对车身结构进行形态和材料的优化，以实现较高的强度、刚度和轻量化目标。
1.引言
2.多模型拓扑优化方法的原理与步骤
多模型拓扑优化方法是一种基于仿生学和进化算法的优化方法，它通过模拟自然界中
生物进化的过程，对车身结构进行优化。
其基本原理可以概括为：通过建立一个初始的设
计空间，在此设计空间中生成多个不同形态和材料的车身结构模型，然后通过进化算法对
这些候选模型进行评价和选择，最终得到最优的车身结构模型。
多模型拓扑优化方法的步骤主要包括：
（1）设定设计空间：确定车身结构的自由度和约束条件，包括结构形态的变量、材料的变量以及约束条件。
（2）生成初始设计：通过规则或随机方法生成初始的设计模型，即多个不同形态和材料的车身结构模型。
（3）进化算法优化：通过进化算法对初始设计模型进行评价和选择，删除较差的模型并产生新的模型，直到达到优化目标。
（4）优化结果评价：对最优的车身结构模型进行性能测试和评估，包括强度、刚度和轻量化性能。
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汽车工业的迅速发展，车身结构的设计越来越受到人们的关注。
车身结构的设计不仅关系到汽车的外观设计，更关系到汽车的性能、安全性和节能性。
因此，车身结构的设计需要综合考虑各种因素，并采用合理的设计方法进行设计。
本文基于多模型拓扑优化方法，探讨车身结构的概念设计。
1. 多模型拓扑优化方法介绍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。
该方法通过将一个结构分为多个模型，并分别对每个模型进行拓扑优化，最后将优化后的模型组合成一个完整的结构。
该方法可以充分利用不同模型的优点，提高设计效率和设计质量。
2. 车身结构概念设计步骤（1）确定设计目标和约束条件：首先需要确定车身结构的设计目标和约束条件，例如，车身重量、刚度、稳定性等。
同时，需要考虑安全性、节能性等方面的因素。
（2）建立多模型：根据车身结构的不同部位和功能，将车身结构分为多个模型。
每个模型包含一部分车身结构。
建立多模型可以提高设计效率和优化效果。
（3）拓扑优化：分别对每个模型进行拓扑优化，通过加入支撑结构和删除不必要的结构，使车身结构达到最优状态。
（4）模型组合：将优化后的模型组合成一个完整的车身结构。
同时，需要考虑模型之间的连通性和结构的稳定性。
（5）优化结果评估：评估优化结果的性能，包括重量、刚度、稳定性等方面的指标。
如果需要，可以进行后续的优化工作。
3. 实例分析以一款轿车车身为例，进行多模型拓扑优化方法的概念设计。
首先，根据车身结构的不同部位和功能，将车身结构分为前部、中部、后部三个模型。
然后，对每个模型进行拓扑优化，加入支撑结构和删除不必要的结构，使车身结构达到最优状态。
最后，将优化后的三个模型组合成一个完整的车身结构，评估优化结果的性能。
经过优化后的车身结构，重量减少了20%左右，刚度和稳定性均有所提高。
同时，车身结构的外观设计也更加优美。
这表明多模型拓扑优化方法可以有效地提高设计效率和设计质量。
基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究共3篇
基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究共3篇基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究1基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究随着汽车行业的快速发展，越来越多的汽车制造商在车辆设计中使用有限元分析技术来优化其设计。
车架结构作为汽车的基础组件，其性能直接影响整个车辆的安全性和稳定性。
因此，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究成为了汽车行业的热点问题。
首先，对车架结构进行有限元分析。
有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，通过对车架结构进行建模、分析，可以预测车架在受力情况下的变形和应力分布，为车架结构的设计优化提供依据。
在分析过程中，需要考虑到汽车运行时架构所受的各种载荷，如重载、碰撞、悬挂等，并基于此建立合理的有限元模型，以获取准确的分析结果。
其次，在有限元分析的基础上，进行车架结构的拓扑优化。
拓扑优化是一种通过对物体表面进行材料、几何形状和边界条件的优化来减小物体质量而不牺牲其刚度或强度的过程。
在车架结构的拓扑优化中，需要变化车架结构的拓扑形状和尺寸，以达到最优的结构几何形状，并在不降低其强度和刚度的情况下降低其重量。
这些优化参数将被输入到有限元模型中，以验证优化方案的准确性和可行性。
最后，结合有限元分析和拓扑优化技术，开展实验研究。
实验研究是验证车架结构有限元分析和拓扑优化方案可行性的关键步骤。
通过对车架结构进行真实场景的测试和检验，可以检验分析结果和优化方案的准确性与可靠性，并对分析程序和拓扑优化技术进行改进和优化。
综上所述，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术研究是目前汽车设计领域的热点问题。
这种技术的模拟和验证可以为车辆制造商提供更加精确、高效和经济的汽车设计方案，同时也可以促进汽车行业的发展和进步综合以上研究，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术是一种可行的方法。
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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：图1 研究思路3某SUV车身结构研究本文选取的研究对象是某比较受欢迎的城市SUV，通过对其结构的研究，有利于了解其总体结构的布置原理。
本文采用上文提到的方法，对该车型结构进行剖析。
3.1 研究对象及结构包络图2显示为该SUV车型的结构模型，经过适当处理，产生图3的结构包络模型，可以用该结构包络进行后面的结构拓扑分析。
该结构包络模型完全包含了原结构的布置空间，材料为普通钢材。
考虑到整车在前后碰撞过程中需要纵向刚度比较好，将前后纵梁以及后轮罩直接设定为非设计空间，其余网格均作为设计空间。
图2 某SUV结构有限元模型图3 某SUV结构包络模型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。
在实际研发过程中，不可能对所有可能的工况进行考察，而且，不同的设计阶段，考察的指标也不相同。
在概念设计阶段，更重要的是保证车身的总体结构刚度，避免后期产生较大变更，导致项目延期或者增加较多的开发成本。
本文主要考察某SUV车型结构布置特点，因此，主要考虑NVH以及碰撞两个方面的工况。
其具体考察工况如下表1所示，4个NVH工况，主要考察整体刚度以及前后端的弯曲性能；4个碰撞方面的工况，主要考察车身承受不同方向的撞击。
表1 主要考察工况[1]对于NVH类的工况，其导致的车身变形都是非常小的，所以，在拓扑优化过程中，不需要考虑结构失效问题。
而Safety工况对车身的影响都是大变形、非线性的，还有接触力存在。
考虑到前后纵梁作为非设计空间，可以看做是刚度很硬的结构，这样对车身其他部位而言，Safety工况的影响将限定在线性范围内。
因此，在进行车身拓扑优化的时候，上述工况均作为小变形来处理。
为了更好地反映不同工况对车身结构布置的影响，对以上8种工况组合成4种研究方案，分别为（1）Safety工况单独考察；（2）NVH工况单独考察；（3）NVH和Safety同时考察；（4）先Safety工况然后NVH工况。
如表1所示，8种工况中，每个工况在不同考察方案中的权重比率一致，比如对第一种方案，表1中5-8号工况的权重比例为：15:10:10:5，具体权重根据上述比例分配来设定，其余类同。
3.3 优化目标与约束对于一个优化问题而言，设计变量、约束与优化目标是其主要元素。
对于本文的优化问题而言，其设计变量为单元密度，约束分别是体积分数和对称约束，而优化的目标为考察工况下车身结构的柔度最小化，其中，体积分数是指剔除初始非设计体积的当前总体积与初始总体积的比值，而对称约束是指相对于车身XZ平面，车身结构左右对称。
以上优化问题可简化描述成如下形式[2]：目标：最小化，i表示设计变量数，j表示考察工况数，为第j个工况下的柔度，为第j个工况的权重；约束：体积分数，车身对称约束；设计变量：，其中表示第i个单元的单元密度。
3.4优化结果与结构分析为了能够获取上述不同方案下的结构拓扑布置，采用OPTISTRUCT软件对上述结构进行优化计算[3]，并将结果分别与该SUV的结构布置进行比较。
对于车身结构而言，一般可分成前舱、顶盖、地板、侧围、后围等结构部分。
考虑到部分结构模块的复杂性以及碰撞分析的非线性，所以在下面对比过程中，主要考察对象为顶盖、下部车身、侧围、防火墙这四个部分。
3.4.1 顶盖对于车顶盖结构而言，四种方案中，方案2-4涉及NVH工况，且扭转工况所占比重较大，为了获得较高的抗扭转能力，主要结构成斜网状分布，结果如图4所示。
方案1为安全工况，载荷以纵、横分布为主，所以顶盖材料主要呈横向（Y向）分布，顶部横梁分布于B柱后侧③以及后背门上部②。
方案2为完全NVH工况，除了前顶横梁①以及后部横梁外②，中间梁均为网状，而前后顶横梁①②对于车身抗扭能力具有重要作用。
方案3中同时考虑了安全性能与NVH要求，前后横梁依然是重要结构，同时在B柱上部后侧同方案1一样，存在一根横向布置梁③。
方案4中，将方案1（安全工况）中的主要横梁设定为非设计空间，然后进行NVH工况优化，从结果看，顶盖材料分布与方案3相近。
从4个方案的结果可以看出，对于车身顶盖而言，前后横梁①②以及B柱上部横梁③对车身主要结构的贡献相对比较大，在结构布置的时候，需要重点关注。
其结果同原结构比较来看，前后横梁相互对应，其他中间横梁对整车刚度的作用比较小，其主要作用表现为对顶盖外钣金的支撑以及抗雪压等。
①前顶横梁；②后顶横梁；③B柱上横梁；图 4 顶盖结构拓扑图3.4.2 下部车身下部车身共考察9个部位梁的分布，如下图5所示。
方案1主要体现了①②④⑧⑨五个横梁，横梁⑤⑥较原始结构有偏移，拆分成了3个横梁。
从SUV的地板纵梁布置看，其结构形式明显不同于一般贯通式布置，其纵梁②与整车X向呈一定角度，且中止于前地板中横梁⑤，该纵梁的布置在方案1中得到较显著提示，其拓扑材料的分布与SUV的该纵梁分布相同，同样止于前地板中横梁⑤附近。
后地板前横梁⑦对碰撞安全的影响不明显，拓扑结果中在该位置没有材料布置，而横梁⑧与⑨的作用显著。
方案2中主要考察NVH性能，从结果看，前地板材料以中通道为中心连接梁，呈网状分布，说明该部位的Y向横梁的作用相对弱化，只有如结果所示的布置才能最大化扭转刚度；在后地板部位，横梁⑧⑨位置清晰，其中横梁⑧前部材料呈X状分布，前点部位对应原型结构的横梁⑦，后点部位连接横梁⑧，说明这两个横梁对刚度的贡献比较大，尽管横梁⑦与所给的拓扑材料分布有差别。
该布置方式也符合一般的认知，从车身实际情况看，该部位也是设计重点关注部位之一，车身整体扭转刚度的提升、路试开裂问题的解决，都需要在这里开展更多的工作。
①防火墙；②前地板侧纵梁；③前地板；④前地板前横梁；⑤前地板中横梁；⑥前地板后横梁；⑦后地板前横梁；⑧后地板中横梁；⑨后地板后横梁；图 5 下部车身结构拓扑图方案3综合考虑的Safety与NVH工况，从结果可以看出，梁①-⑤、⑧⑨均可以较清晰地体现，梁⑥在方案中有所体现，不过位置较原型结构而言，偏靠前一些。
而梁⑦与纵梁搭接处形成了X型交叉结构，与方案2相同，说明，该处位置主要体现了刚度方面的要求。
对于前排驾乘舱地板部位而言，交叉型的梁布置结构有利于提升整体的扭转刚度，对比到原型结构可以看出，原型结构中前地板纵梁布置不同于一般的垂直布置，呈现一定角度的交错分布结构，同时兼顾了方案1中的前地板纵梁的分布，从拓扑结果来看，该SUV的前地板梁的布置考虑比较综合，兼顾多个性能。
方案4将方案1中部分梁结构设定为非设计空间，然后按照NVH工况进行优化分析。
从结果看，①和⑨是必要的整体结构，②在该方案中也有一定体现，但是梁的长度相对较短，截止于梁④。
方案中梁③较原结构有变化，斜向连接于①④之间。
后地板部位梁的布置同方案2和3，均会形成X结构。
从上述方案来看，SUV的地板结构布置考虑性能比较综合，对于该尺寸的车身结构布置而言，前后纵梁的不贯通设计也符合拓扑结构的布置。
梁④和⑦、⑧是地板横梁中非常重要的结构，梁②-③、⑤-⑥的具体布置，需要根据实际需要，进行适当的调整，保证车身Safety和NVH的性能综合平衡。
3.4.3侧围对于侧围结构而言，从下图6比较看，4种组合方案对侧围结构的影响主要体现在车身后部三角窗处，方案1（安全工况）的布置与其他三种方案略有差别，材料分布上只有三角窗前、后梁①②以及与轮罩的连接件④。
其他方案中，除了原型中的梁①-④的布置比较清晰，梁③下部的材料也有所布置，从而可以提供比较好的NVH性能，这在方案1中没有得到反映，说明这些材料分布对NVH性能而言，具有更多正向作用。
①三角窗前梁；②三角窗后梁；③三角窗下梁；④三角窗与轮罩连接件；图 6 侧围结构拓扑图3.4.4 防火墙对于防火墙结构而言，主要承担碰撞以及扭转载荷。
从图7所示拓扑结果来看，防火墙的材料呈网状分布，其中方案1能比较清晰地看到梁①-③的分布，其他方案中，只有梁②③比较清晰可见。
①防火墙横梁；②纵梁；③流水槽横梁；图7防火墙结构拓扑图4 总结通过材料布置的拓扑分析，可以看出，该SUV车身原结构在布置上比较符合较佳的材料分布。
初步获得下列直观性结论：（1）对车顶盖结构而言，前后顶部横梁对车身具有比较重要的影响，尤其是后顶部横梁；B柱上部顶横梁对顶部Safety具有重要影响；（2）对于下部车身而言，除防火墙部位以及后围横梁外，驾乘舱下部的座椅横梁以及后轮罩部位的横梁，无论是Safety工况还是NVH工况，都比较重要；（3）地板纵梁的布置可以是非贯通式的，其走势上也并非一定要与整车X向一致，可以与门槛梁的走向成一定角度；地板梁一定程度的网状布置，对提升抗扭性能有正向作用；（4）后侧围三角窗部位结构对安全和NVH都比较重要；（5）对于防火墙布置而言，网状的结构对NVH性能有正向作用。
本文所述方法在有效性方面还需要更多的研究例证。
而且，对于Safety工况进行了线性化处理，所得结果是否符合碰撞安全的设计理念还需要进一步研究。