基于OptiStruct的大学生方程式赛车结构尺寸优化
基于Optistruct的车身顶盖横梁重力变形分析及结构优化
基于Optistruct的车身顶盖横梁重力变形分析及结构优化邓继涛;程计栋
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2022(44)6
【摘要】采用有限元法对车身进行重力变形分析,发现车顶横梁是车身制造过程中容易发生较大重力变形的零件。
通过研究车顶横梁重力变形与零件板厚、拱度和加强筋设计之间的关系,得出对横梁拱度和加强筋进行优化可有效降低车顶横梁重力变形的结论,最终通过结构优化实现车顶横梁重力变形下降48%。
在车身工艺同步工程阶段采用有限元仿真方法对零件变形进行虚拟评估,可提前识别制造过程中质量风险,对于指导结构设计、降低制造成本具有重要意义。
【总页数】5页(P1510-1514)
【作者】邓继涛;程计栋
【作者单位】上汽通用汽车有限公司整车制造工程部
【正文语种】中文
【中图分类】U466
【相关文献】
1.基于Optistruct的横梁结构拓扑优化分析
2.基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究
3.基于有限差分法的重型龙门铣床大跨距横梁重力变形曲线计算方法
4.基于OptiStruct的仪表板横梁模态分析及轻量化
5.轿车白车身顶盖前横梁柔性抓具结构设计与分析
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基于OptiStruct的集成框架强度分析及尺寸优化
HEAVY TRUCK《重14□文/王 静 马爱敏 周冰冰（陕西重型汽车有限公司）【摘要】以集成框架为研究对象，采用OptiStruct 对其进行静力学分析，结合框架的应力情况，建立优化模型，设定合理的优化目标，完成集成框架的尺寸优化。
结果表明：尺寸优化后的集成框架模型，在满足结构的强度及刚度要求的同时，质量下降12.8%，效果显著，为改进重卡车辆某些系统的框架结构的轻量化和经济性，提供参考。
前言集成框架的设计是重卡车辆底盘布局中常见方式之一，用于将多个子系统的安装支架进行集成。
集成框架的可靠性能一直受到普遍重视，既要满足结构性能要求，又要尽可能的使产品满足轻量化需求。
本文通过OptiStruct 对某集成框架总成进行强度分析，结合应力分析结果，建立优化模型，设定合理的优化目标，通过离散设计变量，进行尺寸优化，使优化后结构既满足强度要求，又可达到降重的目标。
1 集成框架的模型建立1.1 网格划分以集蓄电池箱、储气筒和空气处理器等安装支架于一体的集成框架做为研究对象，框架长1605mm，宽330mm，高度925mm。
建模过程对蓄电池箱进行了合理的简化，将蓄电池与箱体接触的部分用RBE3抓取，RBE3主节点与蓄电池的质心坐标重合，并在蓄电池质心位置添加集中质量单元进行模拟仿真，空气处理单元模型简化亦同蓄电池。
网格划分在有限元分析中至关重要，网格划分产生的所有节点和单元决定着有限元分析的运算速度和计算结果的正确性和精确性。
将单元尺寸参数设置为10mm:单元数为92476，节点数为93956。
1.2 模型搭建集成框架搭建CAE 分析模型，如图1所示。
副梁和储气筒支架材料采用510L 材料，其他钣筋件采用Q235材料。
集成框架总质量为41.74kg,对纵梁两端进行全约束，分别计算垂向、转弯、扭转、静刚度四种工况下集成框架的受力情况。
图1 集成框架CAE 分析模型 2 静力学分析根据上述四种分析工况，对集成框架进行强度分析，分析结果如表1所示。
基于optistruct拓扑优化分析的提升车身扭转性能的d柱结构研讨
基于Optistruct拓扑优化分析的提升车身扭转性能的D柱结构研讨刘善英宁子允（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545000）【摘要】D柱作是白车身重要的环状结构之一，对白车身的扭转性能贡献较大。
文章主要基于车身结构拓扑优化及CAE 分析，通过拓扑路径找出影响扭转性能敏感的D柱上下接头区域，从而探讨了一种新型D柱结构设计，提高D柱结构的扭转性能。
该结构具有扭转性能提升较高、且重量成本增加较少的特点，更符合品牌、售价一般的国内自主品牌车型，且该结构实施简单，工艺成熟，在成本、重量、性能及工艺实施等综合性方面具有合理性，普及性高。
【关键词】拓扑优化；CAE；车身刚度；D柱【中图分类号】U469.1【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2019)11-0042-03 Research on D-pillar Structure for Improving Torsional Performance ofAutomobile Body based on Optistruct Topology Optimization Analysis Abstract: D-pillar is one of the most important ring structures of the white body which contributesgreatly to the twisting performance of the white body. Based on the optimization of body structure topology and CAE analysis, this paper finds the upper and lower joint area of the D-pillar that affects the sensitivity of torsion performance by the topological path, and then discusses a new type of D-pillar structure design to improve the torsional performance of the D-pillar structure. The structure has the characteristics of higher torsion performance and less weight cost increase, whch is more in line with domestic self-owned brand models with common price. Moreover, the structure is simple in implementation, mature in technology, reasonable in cost, weight, performance and process implementation and other comprehensive aspects, and has high popularity.Key words: topological optimization; CAE; body stiffness; D-pillar乘用车的乘坐舒适性、耐久性等与白车身的刚度紧密相连，白车身的刚度性能则主要与白车身各骨架结构相关[1]。
附：大学生方程式赛车复合材料优化教程
大学生方程式赛车复合材料优化教程前言/摘要本教程介绍的复合材料设计方法已经在工业界得到应用。
材料属性从制造商提供的数据表中提取。
希望通过本教程，分析工程师能够了解复合材料优化设计的各个步骤，更方便地进行复合材料优化。
本教程利用简化后的学生方程式赛车单体壳来说明复合材料优化方法。
需要说明的是，由于不能与已有的单体壳进行设计和测量对比，所使用的模型仅仅作为说明复合材料优化过程的工具。
教程使用HyperWorks11.0，前处理使用HyperMesh，后处理使用HyperView，使用OptiStruct作为求解器。
要完成本教程，建议您首先熟悉相关软件。
模型简介这是一个带支架和前悬组件的单体壳模型。
支架和前悬组件已经赋予了材料和属性。
使用RBE2单元与单体壳进行连接。
单体壳分为两部分，主零件将作为后续优化对象，镶嵌件将作为优化中的非设计空间。
工况中的荷载扭矩Mx和-Mx按照标准方式计算并施加。
每一章节的hm或fem文件都已经给出。
如果一直在初始模型上进行设置和计算，由于存在不同的输入（从2.2节尺寸优化开始），得到的结果可能与本文的结果有差异。
模型下载地址：/structural/optimization/composites/composite-optimization-of-a-form ula-student-monocoque/目录1.准备模型 (1)1.1 检查并调整单元法向 (1)1.2 检查并调整材料方向 (1)1.3 使用PCOMPP属性创建铺层 (2)2.复合材料优化流程 (8)2.1 自由尺寸优化设置 (8)2.1.1 准备工作 (8)2.1.2 自由尺寸优化计算 (12)2.2 尺寸优化设置 (14)2.2.1预备步骤 (14)2.2.2连续尺寸优化计算 (18)2.2.3离散尺寸优化计算 (19)2.3 层叠次序优化的建立 (23)2.3.1 准备工作 (23)2.3.2层叠次序优化 (25)3.复合材料优化结果总结 (26)参考文献 (26)1.准备模型打开HyperMesh，User Profile选择OptiStruct或RADIOSS模板，并且打开文件：01_analysis_blank.hm1.1 检查并调整单元法向划分网格后，一个component 中的单元法向很有可能不在同一个方向。
基于OptiStruct的结构优化设计方法
基于OptiStruct的结构优化设计方法作者：张胜兰优化设计是以数学规划为理论基础，将设计问题的物理模型转化为数学模型，运用最优化数学理论，以计算机和应用软件为工具，在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。
有限元法（FEM）被广泛应用于结构分析中，采用这种方法，任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。
最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。
一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。
它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化，这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。
概念设计优化――用于概念设计阶段，采用拓扑（Topology）、形貌（Topography）和自由尺寸（Free Sizing）优化技术得到结构的基本形状。
详细设计优化――用于详细设计阶段，在满足产品性能的前提下采用尺寸（Size）、形状（Shape）和自由形状（Free Shape）优化技术改进结构。
拓扑、形貌、自由尺寸优化基于概念设计的思想，作为结果的设计空间需要被反馈给设计人员并做出适当的修改。
经过设计人员修改过的设计方案可以再经过更为细致的形状、尺寸以及自由形状优化得到更好的方案。
最优的设计往往比概念设计的方案结构更轻，而性能更佳。
表1简单介绍各种方法的特点和应用。
OptiStruct提供的优化方法可以对静力、模态、屈曲、频响等分析过程进行优化，其稳健高效的优化算法允许在模型中定义成千上万个设计变量。
设计变量可取单元密度、节点坐标、属性（如厚度、形状尺寸、面积、惯性矩等）。
此外，用户也可以根据设计要求和优化目标，方便地自定义变量。
在进行结构优化过程中，OptiStruct允许在有限元计算分析时使用多个结构响应，用来定义优化的目标或约束条件。
OptiStruct支持常见的结构响应，包括：位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、结构应变能、以及各响应量的组合等。
optistruct优化结构方法
optistruct优化结构方法OptiStruct优化结构方法OptiStruct是一种广泛应用于结构优化的工程分析软件。
它提供了一种有效的方式来优化结构设计，以满足特定的性能指标和约束条件。
OptiStruct基于有限元法和数值优化技术，可以在设计过程中自动寻找最佳的结构形状和尺寸。
结构优化是一种通过调整结构的形状、尺寸和材料来改善其性能的方法。
优化的目标可以是最小化结构的重量、最大化结构的刚度或最小化结构的应力等。
在过去，工程师们通常依靠经验和试错的方法来进行结构设计，这种方法效率低下且耗时长。
而OptiStruct的出现极大地提高了结构优化的效率和精度。
OptiStruct使用数值优化技术来解决结构优化问题。
数值优化是一种通过迭代计算来寻找最佳解决方案的方法。
在OptiStruct中，用户需要定义设计变量、目标函数和约束条件。
设计变量是用来描述结构的形状、尺寸和材料等参数，目标函数是用户希望优化的性能指标，约束条件是用户希望满足的限制条件。
OptiStruct会根据用户定义的问题进行计算，通过不断调整设计变量，最终找到最佳的结构解决方案。
OptiStruct支持多种优化方法，包括拓扑优化、尺寸优化和拼接优化等。
拓扑优化是一种通过改变结构的拓扑形状来优化结构性能的方法。
它可以自动去除不必要的材料，并将有限元模型重新分配材料，以实现结构的最佳性能。
尺寸优化是一种通过调整结构的尺寸来优化结构性能的方法。
它可以自动调整结构的尺寸，以实现最小的重量或最大的刚度等性能指标。
拼接优化是一种通过调整结构的连接方式来优化结构性能的方法。
它可以自动寻找最佳的连接方式，以实现最小的应力或最大的刚度等性能指标。
OptiStruct提供了用户友好的界面，使得结构优化变得简单而直观。
用户只需要按照软件的提示，逐步定义问题的参数和约束条件，OptiStruct会自动进行计算和优化。
同时，OptiStruct还提供了丰富的结果分析和可视化功能，方便用户对优化结果进行评估和验证。
OptiStruct在汽车副车架优化中的应用
OptiStruct在某车型后副车架结构优化设计中的应用秦东杰扶原放胡世根北京汽车研究总院有限公司CAE及性能部摘要：计算机辅助工程（CAE）技术正在变得越来越成熟，在产品开发中发挥的作用越来越大，CAE技术已经从原来的仅仅用作校核逐渐发展到能够为项目和产品开发提出方案。
拓扑优化技术的出现使得方案的提出更少的依赖于经验。
本文利用Altair OptiStruct软件，对某车型的后副车架进行优化设计，所用的方法是尺寸优化和形状优化，达到了减重的目的，而产品的性能又没有变差。
关键词：尺寸优化，形状优化，副车架，OptiStruct1 前言随着汽车工业的快速发展及日益突出的能源问题，对汽车设计提出的新要求是降低其制造成本及提高整车燃油效率，因此对机械结构和零部件进行优化设计具有重要意义。
汽车零部件结构优化设计是指在不影响零部件的强度和性能的基础上，通过设计质量轻的产品达到降低汽车制造成本的目的。
结构优化通常分为尺寸优化、形状优化、拓扑优化和结构类型优化。
其中尺寸优化和形状优化技术已经比较成熟，在产品更新换代以及逆向设计中对于减重能够做出突出贡献，而且由于尺寸优化和形状优化本身的特点，对于缩短产品开发的周期贡献很大。
Altair OptiStruct是很优秀的结构优化软件，是由美国Altair Engineering Inc公司开发的结构优化软件，在国际上处于领先地位，目前已被广泛应用于汽车、航空、机械制造、加工工业等众多领域。
OptiStruct的拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形貌优化技术可以覆盖产品开发的整个阶段。
北汽在开发某款车时，由于车辆的整备质量比基础车型减小，对后副车架提出了减重要求。
本文应用OptiStruct对某副车架进行尺寸和形状优化，最后减重2.8公斤，达到减重要求。
2 分析输入对该车型后副车架进行有限元建模，模型如下图：其中节点数：16340单元数：15371质量：21.84kg3 工况选择为模拟工况，建立该车型后悬架系统，如图：载荷工况：来自车轮冲击载荷（3-2-1工况）和中心传动轴的反向最大扭矩。
基于OptiStruct的结构优化设计方法--张胜兰.
基于OptiStruct的结构优化设计方法张胜兰湖北汽车工业学院汽车工程系基于OptiStruct的结构优化设计方法张胜兰湖北汽车工业学院汽车工程系442002 湖北省十堰市车城西路167号摘要:最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术已逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。
本文总结了OptiStruct结构优化设计方法和特点,从优化设计三要素、迭代算法、灵敏度分析等方面阐述了基于有限元法的OptiStruct 结构优化的数学基础,给出了OptiStruct结构优化设计流程和步骤。
关键词:结构优化,设计流程,有限元优化设计是以数学规划为理论基础,将设计问题的物理模型转化为数学模型,运用最优化数学理论,以计算机和应用软件为工具,在充分考虑多种设计约束的前提下寻求满足预定目标的最佳设计。
有限元法(FEM被广泛应用于结构分析中,采用这种方法,任意复杂的问题都可以通过它们的结构响应进行研究。
最优化技术与有限元法结合产生的结构优化技术逐渐发展成熟并成功地应用于产品设计的各个阶段。
Altair OptiStruct是一个面向产品设计、分析和优化的有限元和结构优化求解器,拥有全球先进的优化技术,提供全面的优化方法。
OptiStruct从1993年发布以来,被广泛而深入地应用到许多行业,在航空航天、汽车、机械等领域取得大量革命性的成功应用,赢得多个创新大奖。
一、OptiStruct结构优化方法简介OptiStruct是以有限元法为基础的结构优化设计工具。
它提供拓扑优化、形貌优化、尺寸优化、形状优化以及自由尺寸和自由形状优化,这些方法被广泛应用于产品开发过程的各个阶段。
概念设计优化――用于概念设计阶段,采用拓扑(Topology、形貌(Topography和自由尺寸(Free Sizing优化技术得到结构的基本形状。
详细设计优化――用于详细设计阶段,在满足产品性能的前提下采用尺寸(Size、形状(Shape和自由形状(Free Shape优化技术改进结构。
基于OptiStruct的大学生方程式赛车结构尺寸优化
基于OptiStruct的大学生方程式赛车结构尺寸优化作者：朱伟吴杨来源：《科技创新与应用》2016年第27期摘要：为保持大学生方程式赛车力学性能不变，通过对车架不同部位的钢管进行减重来提升动力性能和减少燃油消耗，特对车架钢管厚度进行尺寸优化。
考虑到车行驶时受到弯扭等多种工况对车架的影响，在满足车架各项性能要求前提下，对车架进行尺寸优化，有限元分析结果标明，对车架钢管厚度进行重新设计，说明尺寸优化设计方法对进行方程式赛车车架优化的有效性和可行性。
关键词：有限元；OptiStruct；尺寸优化；结构优化前言汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。
实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。
大学生方程式赛车轻量化，就是在保证汽车强度、刚度等不变的前提下，尽可能降低整车质量，尤其是车架的优化对提高汽车动力性和燃油经济性具有重要作用。
针对车架的尺寸优化，必须同时满足下面几个要求[2]：（1）车架的刚强度必须满足动力总成要求，（2）车架的固有频率必须避开路面激励、发动机激励等频率范围，防发生共振。
1 车几何模型和有限元模型1.1 车架三维模型根据中国大学生方程式赛车车架结构要求及布局[1]，如图1，采用CATIA设计如下图2所示的车架。
1.2 有限元模型建模若采用实体网格对车架进行网格划分较麻烦，建模时对车架采用杆单元来进行模拟，然后赋予杆单元圆管截面。
网格划分时采用ID中line mesh中的bar2单元来进行模拟，不同颜色赋予不同的属性，材料均采用4130钢材。
1.3 车架模态分析运用有限元计算方法求取赛车车架固有频率和固有振型来避开因各种振动而引起的共振。
赛车的激励源主要有来自路面激励，频率通常低于20Hz，发动机怠速为 3000r/min时，频率100Hz左右，发动机常用转速7000～10000r/min 时，由公式得频率在233～333Hz之间，为避开车架的共振区，就是要各种激励频率与车架各级固有频率不能太相近[3]。
基于Optistruct的某副车架尺寸优化设计
基于Optistruct的某副车架尺寸优化设计殷梅;王成龙【摘要】本文结合某款新型乘用车副车架的开发要求,在副车架初步设计阶段,根据其刚度和模态分析结果,提出了在满足刚度和模态性能要求下的优化设计方案.对比分析优化前、后的计算结果可知,整体刚度和模态满足设计要求,优化后副车架的总质量减少了1.26Kg,达到了副车架质量减轻的目的.表明该优化方案是正确的,具有一定的实用性,指导了新车副车架的开发,也为同类车型的副车架开发提供了一定的参考价值.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P51-54)【关键词】副车架;有限元;尺寸优化【作者】殷梅;王成龙【作者单位】上海汇众汽车制造有限公司,上海200122;上海汇众汽车制造有限公司,上海200122【正文语种】中文【中图分类】U463.8CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)04-51-04 研究表明，汽车燃油消耗量与汽车自身总质量成正比。
随着车辆的不断增加!轻量化设计已经成为降低车辆排放及节约能源的迫切需要。
副车架作为车桥悬挂与车架之间的一个过渡构件改变了以往车桥和悬挂直接连接在车架上的情况，变为以副车架为过渡。
副车架作为悬架系统的骨架，是前桥最为关键的零部件之一，副车架的刚度和模态是评价车架性能的两个重要指标，副车架必须有足够的静刚度以保证其装配和使用要求，同时必须有合理的动态特性以控制振动和噪声。
另外，车架还要尽可能轻以降低成本，提高燃油经济性和动力性，所以轻量化也是副车架设计的目标之一，如何在保证刚度和模态性能的前提下使车架的质量尽可能低是副车架设计的一个重要环节。
根据设计要求，该副车架上需安装动力总成前、后悬置支架、转向机支架、下摆臂连接支架以及稳定杆安装衬套、初步设计出来的副车架共由前、后横梁，左右纵梁以及连接支架组成，上述结构均为钣金冲压件。
基于Optistruct的整车试验台架结构优化设计
基于Optistruct的整车试验台架结构优化设计Optistruct是一款强大的有限元分析软件，它能够对复杂结构进行多学科的仿真分析和优化设计。
在整车试验台架的设计中，Optistruct能够发挥重要作用，实现结构的优化设计和性能的提升。
整车试验台架是用于进行整车性能测试和评估的设备，它通常由底盘、驱动系统、控制系统、测量系统和数据采集系统等组成。
在设计整车试验台架时，需要考虑到各种因素，如载荷、振动、冲击、热量等。
为了提高整车试验台架的性能，需要进行结构优化设计，以增加强度、减少重量、降低成本等。
Optistruct作为一款专业的有限元分析软件，能够对整车试验台架的结构进行分析和优化。
在进行结构分析前，需要建立整车试验台架的有限元模型，包括设计、CAD和网格划分等操作。
具体分析步骤包括：载荷分析、应力分析、变形分析、自然频率分析、疲劳分析等。
Optistruct还能够进行材料优化和拓扑优化等设计，以提高整车试验台架的性能。
通过在有限元模型中加入材料属性信息，软件可以实现材料的选择和优化，这有助于提高整车试验台架的强度和刚度。
拓扑优化则可以帮助设计师找到最佳的结构形态，以实现结构的轻量化和材料的节约。
经过优化设计后，整车试验台架的结构可以更加合理和优化，以提高性能和降低成本。
Optistruct作为全球领先的有限元分析软件之一，已经广泛应用于机械、航空、汽车等领域的结构优化设计。
在整车试验台架的设计中，Optistruct的应用可以实现结构的优化，提高性能和经济效益，是整车试验台架设计中的重要工具。
在整车试验台架的设计中，Optistruct不仅可以对整车试验台架的主体结构进行分析和优化，还可以对各个子系统进行优化设计。
例如，可以对底盘、驱动系统、控制系统、测量系统和数据采集系统等进行拓扑优化，从而实现结构的轻量化和优化。
此外，Optistruct还支持多学科优化，可以将不同学科的设计目标和约束条件结合起来，实现全面的设计优化。
61OptiStruct在重型车车架优化中的应用--胡玉梅
OptiStruct在重型车车架优化中的应用胡玉梅涂文兵巢媛重庆大学机械传动国家重点实验室OptiStruct在重型车车架优化中的应用OptiStruct Application in Heavy Vehicle Frame胡玉梅涂文兵巢媛(重庆大学机械传动国家重点实验室)摘要:利用HyperWorks的优化模块，根据某重型汽车主车架的实际尺寸、载荷情况，以及边界条件建立了三维拓扑优化基础模型，以多工况变形能为目标函数，体积比为约束函数，通过变密度法，针对同一模型进行了多次拓扑优化计算，得到了一组相似的拓扑结构。
然后根据不同拓扑结构的静力学分析结果，选择了约束函数取值最小的一个拓扑布局，并将它转换为密度一致、厚度均匀，并且方便加工的板壳材料，进行了尺寸优化和形状优化，最终得到该主车架的概念性结构，该结构比原来主车架的结构轻630斤。
最后，对拓扑优化后的主车架结构进行了刚度和强度分析，计算结果显示其弯曲刚度和扭转刚度都有所提高；结构在典型极限工况下的静强度足够；以5.4km/h的速度越过含160mm深坑的不平路面瞬态响应仿真分析表明，车架在该路面上行驶规定里程（6000km）不会产生疲劳破坏。
关键词:结构优化设计，拓扑结构优化，HyperWorks，重型汽车车架，强度分析Abstract：3D topology optimization model was built according to the trim size, loads, and constraints by HyperWorks, take the distortion energy under several load steps as objective function, and the volume fraction as constraint function, using the method of changing density, carry out several topology optimizations on a same model , then a set of results were got. One topology structure of the lowest constraint function has been switch to shell, which is easier manufactured, and homogeneous on density as well as the thickness. After size optimization and shape optimization the concept design was turned out, and the new frame was lighter 315kg than primary design. Analyze the intensity and stiffness of the frame being optimization. Results show that both bending stiffness and torsion stiffness were improved; the structure satisfy the static intensity demand in utmost load steps; and the simulate results indicate that it will not has fatigue problems when running 6000km through 160mm deep notch road at 5.4km/h.Key words: Structure Topology Design, Topology Optimization, HyperWorks, Heavy Vehicle Frame, Intensity Analysis1 概述由于重型汽车的装载质量大，体积也就比一般载货汽车更庞大，决定了其车架具有尺寸长、体积大、板料厚的特点。
基于OptiStruct的某车型背门的优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2019.14.032基于OptiStruct的某车型背门的优化设计刘向征，薛广新，张春雨（广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院，广东广州511400）摘要：某车型背门在开发过程中，侧向刚度不能满足设计目标。
通过对内板结构进行整体分析，发现内板结构部分区域存在优化空间。
结合设计布置需要，确定初始设计域，综合运用拓扑优化和多目标优化确定内板的优化设计方案。
通过典型刚度工况与模态分析校核背门内板可行性，实现了满足各项性能指标的背门的正向设计。
文章提出的优化设计方案可为汽车背门内板设计提供参考。
关键词：OptiStruct；背门；刚度中图分类号：U463 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)14-102-03Optimization design of the back door of a certain model based on OptiStructLiu Xiangzheng, Xue Guangxin, Zhang Zhunyu( Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. Automobile Engineering Research Institute., Guangdong Guangzhou 511400 )Abstract:In the development process of a model tailgate, the lateral stiffness cannot meet the design goal. Through the overall analysis of the inner panel structure, it is found that there is room for optimization in some areas of the inner panel structure. Combined with the design layout needs, the initial design domain is determined, and the optimal design of the inner panel is determined by comprehensively using topology optimization and multi-objective optimization. Through the typical stiffness conditions and modal analysis to verify the feasibility of the tailgate inner panel, the forward design of the tailgate to meet various performance indicators is realized. The optimized design proposed in this paper can provide reference for the design of the inner door of the car.Keywords: OptiStruct; Tailgate; StiffnessCLC NO.: U463 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)14-102-03前言近年来，随着国家二胎政策的放开，消费者对大型SUV、MPV等车型需求量日益攀升，大尺寸的汽车背门应运而生。
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。
基于Optistruct的某汽车悬架上控制臂的尺寸优化设计
将上控制臂以ｓｔｐ格式导入ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ软件中。由 于上控制臂是板壳结构，利用板壳单元进行离散，壳单 元的厚度为８ ｍｍ。以四边形单元为主，避免采用过多的 三角形单元引起局部刚性过大嗍。为了使整个上控制臂 有限元模型规模不致过大，以保证计算的经济性，单元 尺寸控制在２ ｍｍ。根据上控制臂的受力情况，约束控制 臂一端ｌ、２、３、５方向的自由度以及另一端１、３方向的自 由度。模型规模为单元总数３ ３９５个、节点总数３ ５９０个。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ；ｕｐｐｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｒｍ；ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ
在设计汽车后悬架上控制臂时，需要兼顾强度、刚 度、轻量化及成本要求。目前该项工作主要依赖于参照 某具体车型和试验模拟，容易造成截面厚度盈余过多， 从而使材料浪费和部件质量增加，不能达到轻量化要 求。因此，需要一种更好的方法来设计截面厚度，提高零 部件的可靠性和合理性【ｌ】。 ＨｖｐｅｒＷｏｒｋｓ软件是功能强大的ＣＡＥ应用软件包， 它集成了设计与分析所需的各种工具，其中包括Ｈｙ— ｐｅｒＭｅｓｈ、Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ等。ＨｙｐｅｒＭｅｓｈ具有强大的有限元网 格前处理功能和后处理功能。Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ是一个有限元结 构分析和优化软件，用于概念设计和精细设计，通过拓 扑学、形状和尺寸优化技术，结构的质量达到最小，而结 构的性能达到最优［２１。 在极限工况下，某汽车悬架上控制臂的最大应力远 小于材料的屈服强度，不能达到轻量化要求。本文基于 Ｏｐｔｉｓｔｒｕｃｔ的优化算法翻，对控制臂的厚度和截面进行优 化设计，保证该上控制臂的结构强度和包络空间满足要 求的同时，将其厚度由８ ｍｍ减少到３ ｍｍ，该文提出的 尺寸优化的设计方法可为汽车其它零部件的轻量化设
基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究
基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究廖勇【摘要】以某款汽车顶盖为例,采用碳纤维复合材料替换金属材料,根据复合材料的特点,提出了新型的复合材料优化设计技术,即自由尺寸优化,尺寸优化和铺层顺序优化,并采用这种新型优化方法,对复合材料顶盖进行优化设计,结果表明,在保证刚度的前提下,通过优化设计能大大减轻顶盖的重量,轻量化效果明显.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2016(029)001【总页数】3页(P26-28)【关键词】顶盖;碳纤维复合材料;轻量化;优化设计【作者】廖勇【作者单位】东风柳州汽车有限公司,广西柳州545000【正文语种】中文【中图分类】TB47碳纤维复合材料作为新型的轻量化材料具有密度小、比刚度、比强度高和可设计性强的特点，在航空航天及军用领域得到了大力的发展和应用［1］，在汽车轻量化研究的新形式下，碳纤维复合材料也成为了最具潜力的轻量化设计材料，针对碳纤维复合材料的汽车零部件的设计正在大力的展开。
本文以汽车顶盖为研究对象，采用碳纤维复合材料替代金属材料，并利用OptiStruct对顶盖进行了结构优化设计，根据结果得到了顶盖结构设计方案，使其在保证刚度前提下，实现了轻量化的目标。
1.1 碳纤维复合材料碳纤维是一种力学性能优异的新型材料，它的比重不到钢的1/4，抗拉强度一般都在3500MPa以上是钢的7～9倍，抗拉弹性模量为 230～430GPa亦高于钢。
因此碳纤维复合材料的比强度和比模量很高。
比强度越高，则零件自重越少。
比模量越高，则零件刚度越大。
本文中，选用碳纤维作为复合材料的增强纤维，牌号为T300；选用环氧树脂为复合材料的基体材料，牌号为树脂5208。
选用泡沫作为芯材。
基本性能如表1、2所示［2］。
1.2 Optistruct结构优化理论概述基于OptiStruct结构优化设计方法是通过有限元法对相应物理问题进行分析计算，得到结构响应，并对结果进行收敛判断，设计灵敏度分析，得到近似模型，然后将物理模型转换为数学模型，利用最优化理论，以数学规划理论为基础，在满足多种约束的前提下，得到最优结果，具体流程如图1所示［3］。
大学生方程式赛车总布置设计及优化
大学生方程式赛车总布置设计及优化大学生方程式赛车总布置设计及优化一、引言方程式赛车是一项非常具有挑战性和刺激性的赛车运动，它要求赛车设计师们在有限的资源下，构建出高性能的赛车，以在赛场上取得优异的成绩。
本文将探讨大学生方程式赛车的总布置设计及优化策略。
二、总布置设计总布置设计是指整个方程式赛车的整体结构和各个系统的选择、位置等方面的设计。
设计师们首先需要确定动力系统（发动机、传动系统）、悬挂系统、底盘构架和车身的总体结构。
1. 动力系统动力系统是赛车的“心脏”，直接影响整车的性能表现。
大学生方程式赛车常常采用内燃机作为动力系统，选择适当的发动机并进行优化调校非常重要。
此外，传动系统的设计也需要考虑到合理的齿轮比、传动效率等因素。
2. 悬挂系统悬挂系统对于大学生方程式赛车的操控性和稳定性具有重要影响。
在总布置设计中，设计师们需要选择适当的悬挂类型（如双横臂悬挂、麦弗逊悬挂等）和悬挂参数（如减振器硬度、悬挂角度等），以满足赛车在高速弯道、减震等方面的要求。
3. 底盘构架底盘构架的设计需要考虑到赛车的刚性、轻量化和用材成本等因素。
设计师们可以采用碳纤维复合材料等轻量化材料，结合适当的构架形式（如单壳体、铝合金悬臂等）来实现平衡的设计。
4. 车身车身设计需要综合考虑空气动力学性能和安全性。
设计师们需要根据方程式赛车的要求，对车头、侧面和尾部的气流进行优化，以提高赛车的下压力和降低风阻系数。
此外，也需要合理设置车身的保护结构，以确保驾驶员的安全。
三、优化策略在进行总布置设计之后，设计师们需要通过一系列优化策略来改进赛车的性能。
以下是几种常见的优化策略：1. 材料优化通过优化材料的选择和使用，可以降低赛车的整体重量，提高强度和刚性。
如采用轻量化材料、优化材料厚度等手段来实现。
2. 空气动力学优化通过车身造型的改进和空气动力学模拟，可以提高赛车的下压力和降低风阻系数，提高赛车在高速行驶和弯道加速时的稳定性和性能。
基于OptiStruct的节能赛车车架设计
基于OptiStruct的节能赛车车架设计基于OptiStruct的节能赛车车架设计基于OptiStruct的节能赛车车架设计卞翔（陕西西安710072）摘要：为了参加中国节能竞技大赛，需要设计轻量化的车架。
在充分考虑参赛这一特殊背景后，制定了满载弯曲工况下，基于刚度目标和体积分数约束的拓扑优化方案，借助OptiStruct在初始阶段进行概念设计，使结构在布局上最优。
在拓扑优化结构的指导下进行车架的详细设计，并使用RADIOSS对车架进行有限元分析。
此车架满足了设计要求，不仅减轻了车架自身重量，更小的尺寸还为车壳的减重提供了空间，整车重量较往届相比大大下降。
关键词：车架设计, 拓扑优化, 轻量化, OptiStruct, RADIOSS0引言本田杯中国节能竞技大赛是通过自己设计并制作车赛车，使用规定量的汽油行驶，通过换算，最后得出1升油能够行使多少公里的一项节能竞技赛事。
赛会为参赛车辆提供统一的发动机，其它部件则由各车队独立创作完成，各参赛队可以充分发挥各自节能的创想，打造完全属于自己的赛车。
其中车辆轻量化是取的好成绩的一个重要因素。
在缺乏资料和设计经验，以及材料、加工手段、资金有限的条件下，最大限度的制作出轻量而又满足要求的车架，设计人员借助HyperWorks软件的帮助，通过拓扑优化方法设计节能车车架。
1 设计背景由于此节能车纯粹为节能比赛而设计，并不需要满足日常使用，特殊的使用背景决定了此车架的设计要求与普通车架的设计要求有很大不同。
1、比赛在上海F1赛车场中进行，赛道平整，不会出现明显的颠簸情况。
2、节能车比赛并非比速度的赛车运动，比赛过程中的平均速度为25km/h，绝大多数时候是在平稳的行驶，不会出现急刹车、急加速、高速过弯等极限工况。
3、该车只在练习和正式比赛的短时间内使用，所以不需要考虑车架的使用寿命，对疲劳强度的要求不高。
4、由于针对短时间的比赛，所以对车辆的舒适性要求低，普通车辆设计中的平顺性、频率优化等常见设计要求都不是该车的设计指标。
基于OptiStruct车架拓扑优化设计
Internal Combustion Engine &Parts0引言重型载货汽车是公路货运的主要力量，在国民生产中发挥着重要的作用，而车架作为重载汽车的承载基体，安装有发动机、驾驶室、传动系、货箱等相关部件，并承受来自路面以及汽车内部的各种力和力矩，理想的车架设计可以保证其在最小质量的基础上拥有足够的强度、刚度和可靠性，能有效改善整车动力、经济、安全等性能指标。
因此，对车架进行结构优化，可以有效改善重型载货汽车性能，从而推动国民经济建设发展。
1OptiStruct 简介OptiStruct 是一款优秀的有限元结构优化软件，为HyperWorks 自带的优化求解器。
可用于产品的概念设计和细化设计。
用户只要使用其中的标准单元库以及各种边界条件类型，就可以进行自然频率和线性静态优化分析。
HyperMesh 与OptiStruct 的图形接口十分完善，可以很方便地在HyperMesh 中建模，设置好参数后递交OptiStruct运算求解。
OptiStruct 的优化功能包括拓扑优化、尺寸优化、形状优化和形貌优化，可以将位移、应力、应变、结构柔度等定义为响应，也可以定义各种响应量的组合。
设计变量可取单元密度、节点坐标等。
用户还可根据自己的优化目标和设计要求，在软件中写入自编的公式进行优化设计。
本文所用的OptiStruct 优化功能是拓扑优化。
应用Optstruct 进行拓扑优化的流程如下：①在前处理软件中建立模型；②设定优化步骤；③导入到OptiStruct 中求解；④在后处理软件中分析结果，若结果不满意则返回修改再提交计算，直至结果满意。
2车架拓扑优化建模这里着重对车架的横梁分布做优化分析，需要对原车架模型做修改得到拓扑模型，由于车架为边梁式车架，可将车架两根纵梁之间的空间用相同的材料填满，从而构成三维拓扑模型，有时为了节省计算资源也可抽取车架三维4结论本文通过开发数据读写OPC 客户端，实时的将运动控制卡的输出信号写入OPC 服务器，并以OPC 服务器为通信桥梁成功的搭建出硬件在虚拟仿真回路，实现了上位机通过硬件控制器控制仿真模型的目的。
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基于OptiStruct的大学生方程式赛车结构尺寸优化
为保持大学生方程式赛车力学性能不变，通过对车架不同部位的钢管进行减重来提升动力性能和减少燃油消耗，特对车架钢管厚度进行尺寸优化。
考虑到车行驶时受到弯扭等多种工况对车架的影响，在满足车架各项性能要求前提下，对车架进行尺寸优化，有限元分析结果标明，对车架钢管厚度进行重新设计，说明尺寸优化设计方法对进行方程式赛车车架优化的有效性和可行性。
标签：有限元；OptiStruct；尺寸优化；结构优化
前言
汽车的轻量化，就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。
实验证明，若汽车整车重量降低10%，燃油效率可提高6%-8%；汽车整备质量每减少100公斤，百公里油耗可降低0.3-0.6升；汽车重量降低1%，油耗可降低0.7%。
大学生方程式赛车轻量化，就是在保证汽车强度、刚度等不变的前提下，尽可能降低整车质量，尤其是车架的优化对提高汽车动力性和燃油经济性具有重要作用。
针对车架的尺寸优化，必须同时满足下面几个要求[2]：（1）车架的刚强度必须满足动力总成要求，（2）车架的固有频率必须避开路面激励、发动机激励等频率范围，防发生共振。
1 车几何模型和有限元模型
1.1 车架三维模型
根据中国大学生方程式赛车车架结构要求及布局[1]，如图1，采用CATIA 设计如下图2所示的车架。
1.2 有限元模型建模
若采用实体网格对车架进行网格划分较麻烦，建模时对车架采用杆单元来进行模拟，然后赋予杆单元圆管截面。
网格划分时采用ID中line mesh中的bar2单元来进行模拟，不同颜色赋予不同的属性，材料均采用4130钢材。
1.3 车架模态分析
运用有限元计算方法求取赛车车架固有频率和固有振型来避开因各种振动而引起的共振。
赛车的激励源主要有来自路面激励，频率通常低于20Hz，发动机怠速为3000r/min时，频率100Hz左右，发动机常用转速7000～10000r/min 时，由公式得频率在233～333Hz之间，为避开车架的共振区，就是要各种激励频率与车架各级固有频率不能太相近[3]。
求解车架去除刚体模态后的前20阶模态。
模态分析前6阶是零频率的刚体模态，自然频率为0，从第7阶开始计算才是结构的弹性模态频率。
车架在弯曲，扭转等情况下的固有频率和振型描述，计算结果如表1 所示：
由表1可知，车架最低振动频率为22.47Hz，大于20Hz，避开了路面不平引起的振动频率，第20阶模态为116.63Hz，低于发动机怠速引起的振动频率，所以该车架不会发生共振。
1.4 车架弯扭刚度分析
刚度的评价指标主要有扭转刚度和弯曲刚度等，车架的扭转刚度是影响力学性能的重要指标。
模拟车架弯扭变形，对车架后轮转向节出进行约束6个方向的自由度，对弯曲刚度分析施加如图所示的力3000N，扭转刚度分析施加上下正负1000N，如图7所示：
有限元结果表明：车架结构受到的最大应力为262.2MPa远远低于车架所选用4130钢管材料的许用应力为785MPa。
而车架整体变形量最大量为14.4mm，这种最大变形量低于车架许可承载变形量，满足设计要求[4]。
2 车架尺寸优化
2.1 建立优化模型
2.2 优化数学模型
根据提出的数学模型[5]，在OptiStruct中定义设计变量（Design Variable），优化响应（Optimization Response）、优化约束（Optimization Constraint）和优化目标（Objective）等优化参数后提交软件进行优化分析。
点击Import，选择有限元优化结果中的.prop文件（.prop包含了经优化过后的所有钢材尺寸半径），勾选FE overwrite，导入到原始模型中用以取代初始给定的钢材尺寸内外半径，重新生成的模型如图10所示。
优化后，质量随迭代次数逐渐减小，未优化前车架质量为42kg，优化后质量变为28.5kg，优化后车架减重13.5kg。
由图11、12、13可知優化后质量不仅减少了，而且变形也相较之前变小了，最大应力变为203.6MPa。
3 结束语
文章采用OptiStruct对车架尺寸内外半径进行优化，在满足车架刚度不变的前提下，优化后的车架最大变形量和最大应力均减少，且质量减少了近13.5kg，这将大大提高赛车的整体性能和燃油经济性，大大缩短了车架研发周期，提高
了效率。
参考文献
[1]中国大学生方程式汽车大赛组委会.2014中国大学生方程式汽车大赛参赛手册[R].北京：中国汽车工程协会，2014.
[2]赵紫纯.车架结构轻量化设计研究[D].中北大学，2013.
[3]赵帅，隰大帅，王世朝，等.FSAE赛车车架的强度和刚度分析[J].计算机辅助工程，2011（04）：53-56.
[4]姜立.FASE赛车车架结构动态特性分析与优化设计[D].北京：北京信息科技大学，2012.
[5]邝坤阳.FASE赛车架的结构分析与优化[D].合肥：合肥工业大学，2011.。