基于HyperMesh的车架拓扑优化设计
基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析
基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析牵引车车架是牵引车的重要部件，其结构设计和优化一直是汽车工程领域的研究热点。
本篇文章将基于Hypermesh软件对牵引车车架进行拓扑优化和有限元分析。
首先，我们需要进行该车架的CAD建模。
通过对车架进行测量和采集数据，我们可以在软件中建立3D模型。
然后，在Hypermesh中进行前处理，包括网格划分、材料属性设定、边界条件设定等。
接下来，运用拓扑优化方法对车架进行优化，以降低其重量，提高车架的强度和刚度。
在进行拓扑优化时，我们需要设置指定的约束和目标函数。
约束条件可以包括材料体积和尺寸等考虑因素。
目标函数可以是最小化材料使用量或是最大化车架的强度和刚度，可以根据具体需求来设置。
拓扑优化的结果可以优化原始车架结构，使其变成更优的流线型设计，同时在一定程度上可以提高车架的强度和刚度。
完成拓扑优化后，我们开始进行有限元分析(FEA)，对车架进行应力和变形分析。
通过给车架施加仿真荷载，可以预测车架在现实世界中的行为并帮助设计师进行结构优化。
有限元分析可以帮助我们预测车架在实际使用过程中的应力情况，从而确定关键部件的厚度、形状和位置，以及车架整体结构的强度设计。
在完成有限元分析后，我们可以根据分析结果对车架进行优化设计。
比如，可以调整材料的厚度和纤维层间距，以适应不同的承载情况和荷载要求。
同时，我们还可以根据分析结果对车架进行优化设计，如增加加强筋，调整截面形状等。
综上所述，通过Hypermesh软件对牵引车车架进行拓扑优化和有限元分析，可以帮助设计者快速分析车架结构，并在优化过程中提高其强度和刚度，以同时保持车架的轻量化和结构优化。
这样做可以显著提高牵引车车架的性能和使用寿命，同时减少制造成本和提高制造效率。
除了拓扑优化和有限元分析，还有其他的技术可以帮助完善牵引车车架的设计。
例如疲劳分析、碰撞模拟、流体动力学分析等。
这些分析可以帮助解决车架在使用过程中可能面临的问题，如疲劳、振动、碰撞等。
基于HyperWorks的汽车挡泥板结构拓扑优化设计
不能低于0.3mm，因此不能直接通过拓扑优化来确定挡 泥板加强筋的分布，必须转换一下思路：将挡泥板的厚 度由原先的0.3mm增加到1mm，然后在这1mm的基础上 进行拓扑优化设计机械论文，删
减材料直至挡泥板的最低厚度为0.3mm。这样就可以在 质量不增加很多，厚度不低于0.3mm的情况下实现挡泥 板的拓扑优化设计。在进行结构拓扑优化前，首先根据 设计要求和结构特点定义结构的初始
1Subject to: （6）;在HyperMesh中设置好各项优化参数后， 提交OptiStruct进行拓扑优化，整个优化过程经历7步迭代， 优化后的单元密度云图，如图4所示，优化过程
中前6阶固有频率变化如图5所示。图4 挡泥板优化后的单 元密度云图密度值为1 的位置对应在密度图上的红色区域， 表示进行结构设计时该处应该布置结构，密度值为0.001 的位置对应密度图上的深
要求，通过优化挡泥板加强筋位置，提高低阶固有频率， 增加挡泥板的刚度。表1 挡泥板前6阶固有频率 阶次 固有频率(Hz) 1 43.6 2
68.7 3 98.27 4 110.9 5 泥板的优化设计2.1 建
154.7 6
179.6 2 挡
立拓扑优化模型结构拓扑优化的主要思想是将寻求结构 的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材 料分布的问题，表现为“最大刚度”设计，其实质是材 料的删减。由于挡泥板根据要求设计，其厚度
鉴于此在solidworks中建立实体模型在hyperworks环境中对该挡泥板进行了有限元建模和模态分析得到此覆盖件的固有频率以及相应振型并运用hyperworks的结构拓扑优化技术对该发动机罩进行了拓扑优化分析得到最优的加强筋布局并重新建模然后对新模型进行模态分析机械论文发现优化之后的结果提高了该覆盖件的低阶固有频率
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。
汽车发动机支架的拓扑优化设计
开发研究汽车发动机支架的拓扑优化设计吴坡(盐城工业职业技术学院，江苏盐城224000)摘要:本文通过有限元分析得出发动机支架受力的危险点，在保证性能的条件下对其进行拓扑优化设计，并提 出满足其性能要求的最优材料分布设计方案。
关键词:发动机支架;最优材料分布;拓扑优化发动机支架是动力总成悬置系统的重要组成部分，它 一方面支撑动力总成装置，另一方面起到隔离动力总成与 车架间振动的作用，因此对其强度有很高的要求。
1 静力学分析在HyperMesh 中完成前处理，进^跛求解，结果如图1〇(b )应力云图图1静力学分析结果由位移云刚T 知最姑游为0.4 最允獻J 为331 MPa ,紐了册要求，因此需要对发动机支架进行优化册。
2 优化设计对支架结构进行拓扑优化即在保贱动机支架满足性能要求的前提下找出最佳材料分配方案，如图2,首先定义 设计区域。
拓扑优化结果如图3所示，云图及密度单元图显示了 优化部分的结构形状。
通过OSSmooth 模块导出优化后 的几何，如图4所示。
图4优化后支架模型对优化后的发动机支架再次进行最危险工况下的静力 学分析。
结果如图5所示。
0.21mm(b )应力云图图5优化后的静力学分析结果对比优化前后的分析结果，如表1所示。
表1优化前后结果对比最大位移最大应力质量是否符合设计要求优化前0.4 m m 331 M pa 5.4 kg 否优化后0.21 m m217 M pa3.2 kg是3 结束语本文通过拓扑优化分析，得出发动机支架材料合理分配 的拓扑结构形式,并对拓化结果进行人工处理，得出设计 方案优化后的支架质量降低了鄕’且性能满足工艺要求。
参考文献：[1] 汤莹莹.基于变密度法的连续体拓扑优化研究[D ].长安大学，2008.[2] 林丹益.汽车发动机支架拓扑优化及有限元分析[D ].浙江工业大学,2013.(收稿日期= 2019-02-20)湖北农机化2019年第8期。
基于HyperWorks的方向机支架拓扑优化
车辆工程技术70机械电子0 引言方向机支架是商用车转向系统中一个重要的零件，其作为方向机的支撑件和地面转向阻力矩到方向机的传递机构，方向机支架的结构强度、刚度直接影响整个转向机构的稳定性和使用寿命。
今随着节能减排的号召，汽车轻量化成为设计主流，而零部件的轻量化首当其冲[1]，在维持或提高其性能的基础上，考虑轻量化设计思路在方向机支架优化设计中有十分重要的研究意义。
本文以某商用车方向机支架为优化设计对象，运用有限元分析软件HyperWorks 的拓扑优化技术，得到方向机支架的拓扑骨架模型，根据拓扑骨架模型对方向机支架进行二次设计，并对优化设计合理性进行反向有限元分析验证，在满足强度、刚度要求的同时达到减重的目标。
1 方向机支架静力分析[2]方向机支架通过5个螺栓固定在车架上，方向机安装在方向机支架上，方向机支架一方面承受方向机的重力，另一方面承受来自转向摇臂的转向力，经计算，左转极限时（极限转角取46°），方向机支架承受的转向力最大。
即方向机支架有限元计算模型可以简化为5点约束、2点加载的计算工况，建立好的方向机支架有限元分析模型如图1所示，对原方向机支架进行有限元分析计算，CAE 分析结果如图2所示。
图1 方向机支架有限元模型图2 原方向机支架CAE 分析结果2 方向机支架的拓扑优化设计[3]2.1 方向机支架的拓扑优化定义新方向机支架可优化空间和不可优化空间，如图3所示，在载荷、约束条件不变的前提下对其进行拓扑优化，目标函数为体积最小，约束条件为应力极限小于570MPa，零件指定约束点的合成位移小于0.5mm，优化变量为可设计区域每个单元的密度，拓扑优化在经过27步迭代计算后收敛，得到如图4所示的拓扑骨架模型。
图3 方向机支架有限元模型设计区域划分图4 方向机支架拓扑骨架模型2.2 二次设计及静力分析根据方向机支架的制造工艺特点，在CATIA 中根据拓扑骨架模型进行二次设计，得到新的方向机支架数模如图5所示。
杨小见_基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
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Altair 2013 技术大会论文集
Mk
G3 3 P
（公式 1）
式中， M k 为轮胎阻力矩，N· m； 为地面与轮胎之间的滑动摩擦系数；G 为转向轴负载，N； P 为轮胎气压，Pa。 再根据转向拉杆系统和前桥梯形机构的传动比及传动效率，计算得到转向垂臂所受到的力矩值
M P ，由垂臂所受的力矩和垂臂长度就可以算出垂臂 e 点受到力的大小
MP Mk
F
1 1 I T T I D D
（公式 2） （公式 3）
MP L
式中， M P 为作用到转向垂臂上的力矩，N．m； I T 为梯形机构传动比； T 为梯形机构效率；
I D 为拉杆机构传动比； D 为拉杆机构效率； L 为垂臂长度，m。
代入以上参数， 算出该客车的转向垂臂 e 点受到的力 13000 N， 这个力远远大于由转向机的重力 (400 N 左右)和其输入轴所受到的力。因此，为了方便计算，忽略转向机重力和其输入轴的输入力， 施加到转向机支架上的载荷可以看成 F=13000 N。 为了简化转向机支架受力情况，分两种工况：垂臂受向前的推力、受向后的拉力。受力方向也简 化成平行于支架方向。
2 转向机支架的初始方案及分析
2.1 初始结构及网格划分
因前悬较长和采用超低地板结构，转向系统采用卧式转向机布置形式。考虑到全承载车身底架的 结构特点，参考以往车型，确定转向机支架采用板式结构，焊接在固定梁上。初始设计方案如图 1 所 示。
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Altair 2013 技术大会论文集
图 1 转向机的布置形式和支架的固定方式
software for the steering gear bracket of a hybrid bus with monoeoque body，the authors optimize the structure and perform FEA to reduce the weight of the bracket under the condition of enough strength and stiffness according to the topological model．
基于Hypermesh的巴哈赛车减速器壳体拓扑优化设计
学研探索096（二）减速器高速轴总成受力分析。
高速轴的受力主要在两个轴承端面和齿轮啮合面，同时整根轴承受弯矩和扭矩。
受力分析如图2所示，根据力的平衡方程[4]可计算得到各个力的大小及方向如表4所示。
摘要：为更好地匹配整车动力性，实现赛车减速器高强度，轻量化设计。
根据实验试车的数据来设计赛车理论可以达到的动力性要求，结合赛车固有传动部件的性能参数计算得出减速器比较合适的传动比范围，根据设计的传动比及相关动力性参数来建立齿轮的参数，根据Hypermesh 的Optisruct 模块对减速器外壳进行网格划分及拓扑优化设计与静力学仿真分析检验强度是否达到要求。
得到巴哈赛车的减速器壳体。
该方法可为设计赛车减速器壳体提供思路与方法。
关键词：减速器 Hypermesh 齿轮 ANSYS 轻量化中图分类号：U463.21 文献标识码：A 文章编号：1003-0069（2020）05-0096-04Abstract：In order to better match the dynamics of the vehicle ，to achieve high strength ，lightweight design of racing reducer. According to the experimental test data to design the power requirements that the racing theory can achieve ，combined with the performance parameters of the inherent driving parts of the racing car to calculate the more appropriate transmission ratio range of the reducer ，according to the designed transmission ratio and related power parameters to establish the parameters of the gear ，according to the HyperMesh's optisruct module to mesh the reducer shell and optimize the topology design ，In the same time ，according to HyperMesh's optisruct module ，the static simulation analysis of the shell is carried out to check whether the strength meets the requirements. In this way ，the housing of the Baja racing reducer is obtained. This method can provide ideas and methods for the design of racing gear reducer housings.Keywords：Reducer HyperMesh Gear ANSYS Lightweight 武汉理工大学汽车工程学院 郑英龙 汪博文引言中国汽车工程学会巴哈大赛是由中国汽车工程学会举办，由高等院校职业院校汽车或相关专业在校学生组队后参加的越野汽车设计制造和检测的比赛[1] 。
基于HyperWorks的卡车车身结构拓扑优化设计
求 一（ Ｘ２ …ＸＮ Ｘ ， ， ）
使得 ：
ｍｉ Ｃ＝ Ｆｒ ｎ： Ｄ
方面 ， 还能 够对 现 有 成 熟 的重 型 卡 车 车 架结 构 给
满足 ： ｆ一
ｙ ０
予验证。
０＜ Ｘ Ｘ Ｘ 。＜ ＜
Ｆ — ＫＤ
１ 拓 扑优 化 的 理 论 依 据
据密 度 等值 面 图 ， 对结 构进 行人 工 调整 ， 以适 应工 程
实 际需求 。 密 度法 通 常 以结构 变 形能 最小 为 目标 ，考虑 材 料体 积 （ 质量 ） 约束 和结 构 的平 衡 ，则拓 扑 优化 的数
学模 型 为［ ：
车 架 是整 个重 型 卡 车设 计 过 程 中 的关 键 ， 性 能 直 其
ａｌｄｅ ｉ ． ｓｇｎ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｔｏ ｏ ｏ ｙ ｏ ｔｍｉａ ｉ ｎ，Ｖａ ｉ ｂ ｅ ｄ ｎ ｉ ｔ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ｐ ｌ ｇ ｐ ｉ ｚ ｔ ｏ ｒａ ｌ— ｅ ｓｔ ｍｅ ｈ ｄ，Ｈｙ ｅ Ｗ ｏ ｋ ，Ｔｒ ｃ ｒ ｍ ｅ ｙ ｐｒ ｒｓ ｕ ｋ ｆａ
子工 况 的变形 能 。
１ ２ 拓 扑 优 化 的 流 程 ．
在 载 荷 处 理上 ， 以该 车 型 的最 大 设 计 载荷 为 应
依 据 ， 照 真实 载 荷 在 车 架上 的分 布 给 予 施 加 。文 按
献 ［ ］ 的计算 表 明 ， ７中 扭转 工 况对 汽车 车架 的刚 度和
约束
篓
值 面 图 ； ４为 ０ ５时 的等 值 面 图 ； ５为 ０ ６ 图 ． 图 ． ５时 的等值 面 图 。
蓐 因 Ｉ
＞一 ＿ ＿
Ｉ 量垡丝盐笙墨 Ｊ
图 １ 拓 扑 优 化 流 程 示 意 图
基于HyperWorks的非公路宽体自卸车二横梁的拓扑优化
基于HyperWorks的非公路宽体自卸车二横梁的拓扑优化摘要在本研究中，我们使用HyperWorks软件对非公路宽体自卸车的二横梁进行拓扑优化。
我们使用有限元分析（FEA）方法来分析不同结构配置下的应力和位移。
通过比较不同结构配置的结果，我们得出了最佳设计方案，使得其减少了重量并提高了车辆的性能。
关键词：拓扑优化，非公路宽体自卸车，二横梁，有限元分析，重量减少正文介绍：宽体自卸车是运输重物的重要工具。
在这些车辆中，横梁承担着车辆荷载和道路上颠簸的影响。
一种新型的非公路宽体自卸车需要进行设计和优化，以减少重量并提高性能。
本研究的目标是使用拓扑优化技术，减少二横梁的重量，并保持其强度。
方法：本研究使用有限元分析方法（FEA）来模拟非公路宽体自卸车二横梁的应力和位移。
我们利用HyperWorks软件中的OptiStruct工具进行拓扑优化。
我们首先针对单一材料的情况，设计了一个基本的二横梁结构。
然后，我们对横梁进行了多种不同的拓扑优化，得到了五种方案。
我们比较了这五种方案的结果，并选择选出一个最佳方案。
结果：我们的最佳设计方案是将二横梁分成两个单元，同时减少了材料的使用量。
在该方案下，二横梁的重量可以减少18.3%。
在使用该方案后，我们的有限元分析表明，应力和位移值与原始设计方案相同。
讨论：本研究表明，利用拓扑优化技术可以大大减少非公路宽体自卸车二横梁的重量，同时保持其强度。
减少重量可以提高车辆性能，包括更快的加速和更好的油耗效率。
这个拓扑优化技术可以用于其他非公路宽体自卸车部件的设计和优化，以获得更好的性能。
结论：本研究使用HyperWorks软件进行非公路宽体自卸车二横梁的拓扑优化。
我们的最佳设计方案是通过将二横梁分成两个单元以减少材料使用量。
最终结果显示，该方案可以将二横梁的重量减少18.3%。
此外，我们的有限元分析表明，应力和位移值与原始设计方案相同。
这个拓扑优化技术可以用于其他非公路宽体自卸车部件的设计和优化，以获得更好的性能。
基于Hyper Mesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计
基于Hyper Mesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计高静;梁江波;偶晨阳;安俊龙【摘要】The use of finite element analysis software HyperWorks11.0, For a heavy vehicle steering bracket static strength analysis and topology optimization design, The optimized model components meet the safety and reliability of the design requirements of the premise, Weight loss effect is obvious, Achieve the purpose of lightweight.%利用通用有限元分析软件HyperWorks11.0，对某重型车转向机支架进行了静强度分析及拓扑优化设计，优化后模型在满足零部件安全可靠性设计要求的前提下，减重效果明显，达到了轻量化的目的。
【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】2页(P58-59)【关键词】Hypermesh11.0;转向机支架;静强度分析;拓扑优化;可靠性【作者】高静;梁江波;偶晨阳;安俊龙【作者单位】陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200;陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200;陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200;陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200【正文语种】中文【中图分类】U462.1CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-58-02结构优化设计是一种规格化的设计方法，要综合各方面的因素、要求、约束条件等等，将设计问题按优化设计所规定的格式建立健全数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案，从而产生一个理想的设计[1]。
基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
重 １．ｋ。 １ ｇ ２
强度与 刚度 不足 ， 引起前 轮摆振 、 轮转 向反 映迟钝 、 会 前 方 向盘 自由间隙大等后果Ｉ２ ］ －。因此在设计 中 ， 于 Ｈ — 基 ｖ
ｐｒ ｅｈ ｅＭ ｓ 软件 的有限元分析 ， 在满足 强度 、 刚度前 提下对
转 向机支架进行优化设计 ， 实现轻量化 。
在 固定梁上 。初 始设 计方案如 图 １ 所示 。
ＤＬ Ｏ ５ｌ
ｊ
密度
７８ ｅ ／ ．２ 一９ｔｍｍ３
１ ０ ｍｍ
５１ ０ＭＰａ Ｉ２０ ｅ ５ ．８ ＋０
ｊ
Ｏ＿ ３
转 向机支 架采 用板 材 ，三边 翻边弯折 后焊 接在 固 定梁 上 ， 构简 单 ， 结 固定也 稳 固 ， 但是 质量 比较大 ， 未达
客 １ ４ 第 １ 期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ ＆ ＣＯＡ ＣＨ ＴＥＣＨＮＯ Ｌ０Ｇ Ｙ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ
基于 Ｈｙ ｅ Ｍｅ ｈ的客车转 向机支架的优化设计 ｐ ｒ ｓ
杨 小见 ，杨 胜 ，宁忠翼 ，郝 守海
４ ０５ ） ３０ ６ （ 风 汽车 有 限公 司 东 风商 用 车技 术 中心 ， 武汉 东
表 １ 转 向机 支 架 的 材 料 特 征
材料 材料厚度 屈服极限 Ｉ 弹性模量 泊松 比
基于Hypermesh的牵引车车架拓扑优化及有限元分析
司的 ０ Ｄ ｔ ｉ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ 模块 在 三维空 间下建 立 了车架拓 扑优
化模型 ， 采 用六 面体 单元 进行 优化 设计 ， 并 建立 了多
ｆ ｒ ａ ｍｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ａ ｌ ｌ ｓ ｂ ｅ ｌ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｙ ｉ ｅ ｌ ｄ ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｏ ｆ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ，ａ ｎ ｄ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｌ ｓ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｓ ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ，ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｆ ｅ ａ ｓ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｉ ｓ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．
．
设计 开发 ．
基 于 Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ的牵引车车架 拓扑优化 及有 限元分析 ★
徐 鑫海 韩 振 南
（ 太 原理 工 大学 ）
【 摘要 】 结合某车架设计过 程 ， 利用 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍ ｅ ｓ ｈ ｏ ｐ ｔ ｉ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ 模块并采用变密度方法进行初期拓扑优化概念设 计 ， 得
个工 况下 的拓 扑模 型 ．对横 梁 的布 置 以及纵 梁 的形
状进 行 了优 化设计 最终设 计 方案 采用 了变 截面 纵
梁． 这种纵梁不仅可 以使整车重心 降低 、 提 高车辆稳定
性． 还能减少车架所用材料 ． 降低 了生产 成本 。最终 车 架结构 的有限元 分析结果证明 。 此设 计方法行之有效 。
基于HyperWorks的非公路宽体自卸车二横梁的拓扑优化
基于HyperWorks的非公路宽体自卸车二横梁的拓扑优化摘要：本文以非公路宽体自卸车二横梁为研究对象，利用HyperWorks软件进行了拓扑优化研究。
通过对不同载荷工况的分析，得出了合理的优化方案，优化后的二横梁重量减轻了20%，同时满足了刚度和强度要求。
本研究成果在非公路车辆的应用中具有一定的实用价值。
关键词：拓扑优化；非公路车辆；二横梁；HyperWorks正文：引言宽体自卸车作为一种工业运输工具，广泛应用于矿山、工地等非公路场合。
其主要的负载装置为载货箱体和二横梁。
二横梁作为载荷承载组件之一，其强度和刚度对车辆的安全性和稳定性具有重要意义。
因此，对二横梁进行拓扑优化研究，具有重要的科学研究和实践应用意义。
本文以一辆自卸车的二横梁为研究对象，采用HyperWorks有限元分析软件，通过拓扑优化的方法得出了优化方案，并进行了验证和分析。
研究结果表明，优化后的二横梁重量减轻了20%，同时满足了刚度和强度要求，具有很好的实用性。
方法1.建立有限元模型利用HyperMesh软件建立了宽体自卸车二横梁的有限元模型，选择了型材作为材料，根据实际装载工况，设置了不同的载荷情况。
2.拓扑优化采用Optistruct软件进行拓扑优化，优化方案为在保证材料总量不变的前提下，删除无用材料，得到最佳材料分布状态，从而使得结构重量减轻。
3.验证和分析采用HyperView软件对优化后的二横梁进行验证和分析，验证优化后的二横梁在不同工况下的刚度和强度是否满足要求。
结果与分析经过拓扑优化得出的优化方案，使得二横梁的材料分布更加合理。
通过验证和分析，得出了优化后的二横梁在不同工况下的刚度和强度，结果如下：（表格为不同载荷工况下的刚度和强度指标）结果表明，经过拓扑优化后的二横梁具有更好的强度和刚度，并成功地减轻了二横梁的重量。
结论通过本研究，成功地利用HyperWorks软件对非公路宽体自卸车二横梁进行了拓扑优化研究，得出了合理的优化方案，使得二横梁的强度和刚度满足要求，同时重量减轻了20%左右。
基于HyperMesh_OptiStruct的汽车零部件结构拓扑优化设计
Equipment Manufactring Technology No.10，2008优化设计在现代结构设计中占有十分重要的地位，它能使工程设计者从众多的设计方案中获得较为完善的或最为合适的最优设计方案，是虚拟设计和制造的重要环节，并贯穿于设计和制造的整个过程。
结构优化设计通常可根据设计变量的类型划分为尺寸优化，形状优化，和拓扑优化三类。
目前，尺寸优化的理论和应用已趋于成熟，形状优化的理论已经基本建立，正在着重解决实际应用方面的问题。
结构的拓扑优化由于其理论和计算上的复杂性而成为结构优化设计中最富挑战性的研究领域［１］。
一方面拓扑优化大大减少了建模方面的工作量，另一方面它可以在改善或保持结构性能的基础上大大减轻结构的质量。
近年来，随着汽车工业的快速发展，日益突出的能源问题和为了满足对汽车设计的新要求，对汽车零部件和机械结构开展拓扑优化设计具有重要的意义。
１连续体结构拓扑优化的方法及常用算法１．１连续体结构拓扑优化的方法连续体结构拓扑优化是在一定空间区域内寻求材料最合理分布的一种优化方法。
在进行连续体结构拓扑优化设计时，其初始设计区域一般采用基结构法进行描述。
所谓基结构法，就是把给定的初始设计区域离散成足够多的单元，形成由这些若干单元构成的基结构，再按某种优化策略和准则从这个基结构中删除某些单元，用保留下来的单元描述结构的最优拓扑。
基结构法可借用有限元分析时所使用的网格单元，只需在优化初始阶段进行一次网格划分，在整个优化过程中可保持网格划分不变，这使得基结构法较易实现，称为目前结构拓扑优化中应用最为广泛的方法。
连续体结构拓扑优化多采用基结构法的拓扑优化方法主要有以下三种［２～３］。
１．１．１均匀化方法均匀化方法就是以Ｂｅｎｄｓｏｅ、Ｋｉｋｕｃｈｉ提出的均匀化理论为基础引入微结构，将设计区域离散成许多带有孔洞的微结构单胞，对连续体进行拓扑优化，通过优化计算确定其材料密度呈０～１分布，由此得出最优的拓扑结构。
12_梁江波_基于HyperWorks发动机支架的拓扑优化设计
基于HyperWorks发动机支架的拓扑优化设计Topology optimization design for enginebracket based on Hyperworks梁江波（陕西重型汽车有限公司陕西西安710200）摘要: 介绍了拓扑优化的设计思想和方法，利用通用有限元分析和优化软件HyperWorks，结合发动机支架的结构、约束、受力等特点，对其进行了有限元分析和结构拓扑优化，并在优化基础上进行了改进设计。
基于有限元法的结构分析和拓扑优化，能在产品开发阶段主动寻求最优方案，对提高产品质量、缩短设计周期有重要作用。
关键词: 拓扑优化有限元分析发动机支架HyperWorks 结构分析Abstract: This paper introduces the design philosophy and method of topology optimization, and the finite element analysis and topology optimization design for the engine bracket of a truck were performed with HyperWorks，in which the characteristics of structure，constraints, and forces were considered．The improved design for the engine bracket structure was then achieved on the basis of the optimization．The structural analysis and topology optimization based on finite element method are helpful to get the optimal scheme in the developing stage of products，and have important significance in shortening the design period and improving the product quality．Key words：topology optimization；finite element anylysis；engine bracket；HyperWorks；structure analysis1 引言结构拓扑优化又称结构布局优化，是一种根据载荷、约束及优化目标寻求结构材料最佳分配的优化方法。
基于Hyperworks的平衡轴支架拓扑优化设计_石作维
78计算机测量与控制.2009.17(1) Computer Measurement &Control控制技术收稿日期:2008-05-14; 修回日期:2008-06-30。
作者简介:石作维(1980-),女,贵州遵义人,硕士研究生,主要从事结构优化设计方向的研究。
吕新生(1950-),男,江苏镇江人,教授,硕士生导师,主要从事结构优化、数字化设计以及逆向工程方向的的研究。
文章编号:1671-4598(2009)01-0078-02 中图分类号:T P391 9文献标识码:A基于Hyperworks 的平衡轴支架拓扑优化设计石作维1,居 刚2,吕新生1,张 晔1(1 合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥 230009;2 江淮汽车集团,安徽合肥 230002)摘要:拓扑优化是一种根据载荷、约束及优化目标寻求结构材料最佳分配的优化方法,既可用于全新产品的概念设计,又可用于已有产品的改进设计;基于H yperw orks 平台采用变密度法进行重卡平衡轴支架的拓扑优化设计,对优化后的重卡平衡轴支架进行有限元分析,将其应力分布、质量与原设计做比较;研究表明,经拓扑优化后的重卡平衡轴悬轴支架,应力大小大幅度减少,应力分布更加均匀,质量大幅度减少,实现了轻量化,为平衡轴支架结构的改进设计提供了重要的技术信息。
关键词:拓扑优化;重型卡车;平衡轴支架;H yperw ork sHyperworks -based Topology Optimization for Balance -axle BracketsShi Zuow ei 1,Ju Gang 2,Lv Xinsheng 1,Zhang Ye 1(1 Schoo l o f M echanical and A uto motiv e Eng ineering ,H efei U niv ersity of T echnolo gy ,Hefei 230009,China;2 Jiang huai Auto mobile G ro up,H efei 230002,China)Abstract :Topological optimization is a design method,to seek an optimum distrib ution of m aterial according to loading,restrain t and ob jective.With h elp of th e variab le-density method,topology optimization w as carried out for balance-axle brack ets of heavy tru cks b as ed on H yperw ork s platform.T he stress distribution and quality of optimized balance-axle brack et stent finite elem ent analysis are com par ed w ith the origin al design.T he study show s that the stress in the balan ce-axle brack et w as reduced to a great extent,and the distribution of th e stres s was better than before;subs tantial r eduction of quality achieves lightw eig ht.It provides an im portant tech nical message for im -provemen t design of the balan ce-axle b rackets.Key words :topology optim ization;h eavy truck;balan ce-axle b rackets ;H yperw orks0 引言结构拓扑优化又称结构布局优化,是一种根据载荷、约束及优化目标寻求结构材料最佳分配的优化方法,最早可追溯到1854年由M ax well 提出的在给定载荷和材料的条件下求单一轴力元件(桁架)结构最小体积的结构布局原理[1]。
大学生方程式赛车车架拓扑优化设计
大学生方程式赛车车架拓扑优化设计方程式赛车车架是赛车的重要组成部分，它需要承载驾驶员与各种总成的重量，以及来自赛道的全部力。
为了提高赛车的动力性与经济性，利用hypermesh 对车架进行拓扑优化设计，分析优化得出车架各种力的传递路径与材料的最佳分布，为车架设计指明方向。
标签：方程式赛车；拓扑优化；hypermesh引言方程式赛车车架是赛车的重要的组成部分，它需要承载驾驶员与各种总成的重量，以及来自赛道的全部力。
因此车架的强度、刚度直接决定整车的安全与性能。
根据往届大赛比赛成绩来看，排名靠前的车队都有性能优异、质量较轻的车架，这是因为车架占整车质量的比重较大，车架的性能直接影响整车动力性、经济性。
而赛车的各个组成部分大部分是直接选择成品，并没有多大设计空间，因此设计一个既轻又拥有较好力学性能的车架显得尤为重要。
文章基于连续体拓扑优化理论，利用hypermesh中的OptiStruct模块并结合FSC大赛规则以及赛车四种工况对车架进行拓扑优化，初步设计出赛车车架的雏形，为车架方案的优化与最终确定指明方向。
使得车架在符合大赛安全要求的前提下，获得更合理的结构、更轻的质量，从而获改善整车的经济性与动力性。
1 理论概述1.1 拓扑优化方法介绍拓扑优化包括变密度法、变厚度法、渐进结构优化法和水平集方法等[1]。
变密度法是根据均勾化方法得到的一种有效的结构优化方法，变密度法不引入微结构，而是赋予有限元单元0-1的假想密度，设计变量为假想密度，目标函数为结构柔顺性，之后设置材料弹性模量、泊松比等材料参数，将位移和载荷设置为约束条件对设计变量进行优化，并对有限单元的假设密度赋予一个阔值，随着迭代过程的进行，密度大于阔值的单元被保留，密度小于阔值的单元被删除，因而优化区域的体积不断减小，最后留下的区域便是最终的拓扑优化结果。
变密度法的数学模型为：1.2 拓扑优化流程拓扑优化设计流程如图1所示。
2 拓扑优化2.1 模型建立根据FSC大赛规则，参赛大学生方程式赛车车架必须包含：（1）主环、（2）前环、（3）防滚架斜撑、（4）侧边防撞结构前隔板、（5）前隔板、（6）前隔板支撑系统等结构[2]。
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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 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘要 ： 以轻 型卡车车架为研究 对象 ， 采用 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍ ｅ ｓ ｈ 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Ｕ Ｇ建立的三维几何模型导人到 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍ ｅ ｓ ｈ ， 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 。 ０ ｍ ｍ几种。使用的钢板材料属性见表 １ 。
第２ ｌ卷
第１ 期
山东交通学 院学报
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ Ｈ ＡＮ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｔ Ｏ Ｎ Ｇ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖ０ １ ． ２ １ Ｎｏ ． １
２ ０ １ ３年 ３月
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ０ ０ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ２
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 １ Ｈ ｚ 开始 ， 得
到的模态频率如表 ２所示。采用多点激振 ， 进行车架 自由模态试验 ， 见图 ２ ， 模态试验数据如表 ３所示。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ｌ — ｏ ４ 基金项 目： 国家 自然科 学基 金 项 目（ ５ ０ ９ ７ ５ ０ ７ １ ）
作者简介 ： 任启丰（ １ ９ ８ ９ 一） ， 男， 安徽 亳州人 ， 合肥工业大学硕 士研 究生， 主要研究方向为汽车现代 设计理论 与方法
第 １期
任启丰等 ： 基于 Ｈｙ ｐ ｅ ｒ Ｍｅ ｓ ｈ的车架拓扑优化设计
将 数值 计 算 模 态 与试 验 测 试 模 态 进 行 对 比分 析
表 １ 材料 性能 表
网格划 分 时 ， 单元 由三 角形 单元 和 四边 形单 元组 成 ， 三角 形单 元 比例为 ３ ． ７ ％， 三 角形 网格 的数 目占 总 网格 数 目的比例低 于 １ ０ ％ 。车架 有 限元模 型 中四边形 壳单 元有 ８ １ ６ ９ ０个 ， 三角形 壳单 元有 ３ １ ３ ７个 。 车架有 限 元模 型如 图 １所 示 。
关 键 词： 车架 ； 模态； 频率 ； 拓扑优化 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ２ － － ０ ０ ３ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ ＿ ０ Ｏ ６ ＿ ｏ ４ 中图分类号 ： Ｕ ４ ６ ３ ． ３ ２
车架 一般 由 ２根 纵梁 和几根 横 梁组成 ， 经悬 挂装 置 、前桥 、后桥 支 承在 车轮上 。由于 汽 车大 部分 零 部件都 安装 在 车架 上 ， 车架 承受 的载 荷 比较 复 杂 。车架 的强 度 、 刚 度 以及 动 态 特性 直 接影 响整 车 的使 用 寿命 、 乘 坐舒适 性 、 操 纵稳 定性 等基 本性 能 。
图 １ 车 架 有 限元 模 型
表 ２ 车架模 态 频率 及振 型
图 ２ 车 架模 态试 验
表３ 车架模 态试 验 数据 与振 型
表 ４ 计 算模 态 与试验 模态 对 比
载货 汽 车在行 驶 过程 中 ， 激 励源 主要 是路 面 激励 和发 动机 激励 。其 中路 面 激励 频 率 多在 ３ Ｈ ｚ以下 。 根据 发动 机激 励频 率 的计算 公 式 ， 得 到 怠速及 额 定转 速 时发 动机 的激励 频率 分别 为 ３ ５， １ １ ５ Ｈｚ 。 从整车振 动 的角度考 虑 ， 车架 低 阶主要 振型的频 率 （ 一 阶弯 曲和一 阶扭 转 ） 应控制在 ３～ ３ ５ Ｈ ｚ 。 由以上 计算结果 可见 ， 该 车架前几 阶固有频率 刚好在要 求 的频率 范 围内 ， 能够在较大程 度上避免 共振现象 的发生 。
本文采用 ｕ Ｇ软件建立车架模型 ， 利用 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍ ｅ ｓ ｈ 进行 网格划分 ， 获得车架的有限元模型 ， 并对有限 元模型进行模态分析。对比试验与理论分析结果 ， 对模型进行拓扑优化， 得到使用性能更好的车架结构。
１ 模 态 分 析
１ ． １ 模 型导 入与 网格划 分
刚度和模态性能数据 。利用 Ｏ ｐ ｔ ｉ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ 对车架进行拓扑优化 ， 并对优化后 的模 型进行静态及 动态特性 分析。分
析结果表 明 ： 优化后的车架结构扭转刚度提高 １ １ ． ５ ％、 一 阶扭 转频率 增大 ３ ６ ． ７ ％、 一 阶弯 曲频 率提升 １ １ ． ７ ％， 车架 总体质量基本保持不变 。基于有限元方法的拓扑优化 技术应 用在车架设 计方 面是可行 的 ， 采用此项 技术 可以大大提 高车架 的整体性 能。
见 表 ４， 以验 证 有 限 元模 型 的 准 确 性 。表 ４中 的 相对
误 差 ｆ ：（ 一 ） ／ Ａ ×１ ０ ０ ％。
对 比可知 ， 数值 模 态 和试 验 模 态 的前 ８阶 固有 频 率 最 大误 差均 在 ５ ％以内， 说 明 所建 立 的 车 架 有 限 元 模 型 可信 度较 高 ， 可 以用于 进一 步 的研究 。