车身结构加强件优化设计

优化设计在车身结构加强件上的应用

杨明戚为民赵俊杰

艾联（中国）汽车零部件有限公司

优化设计在车身结构加强件上的应用

杨明戚为民赵俊杰

（艾联（中国）汽车零部件有限公司）

摘 要：本文利用一个公开的整车模型，先对其进行侧面撞击分析，然后添加本公司的结构加强发泡以改善其局部结构强度。通过Altair公司的OptiStruct软件对结构加强件进行优化，以达到最佳的设计状态。

关键字：侧面撞击，OptiStruct

Abstract：Applying one public whole vehicle model, operates the MDB analysis, and then adds our company’s structure strength foam to improve the part structure. Using the OptiStruct of Altair Company to optimize the structure strength foam and achieve the best design effect.

Key words: MDB, OptiStruct

1 引言

随着汽车工业的发展，汽车日益普及，交通事故造成的伤害引起普遍的关注。研究表明，到2020年，交通事故引发的疾病及伤害将成为全球疾病负担前十大原因的第三位。然而在众多的交通事故中，因侧面撞击导致死亡的接近30%。与汽车的其他方面撞击相比较，汽车侧面吸能结构件较少，一旦受到来自于侧面的撞击，将严重危机乘员的生命。

目前，普遍的方法是从约束系统匹配和提成车身整体结构安全性两个方向入手。本公司的结构加强件就是从提高车身局部强度入手来解决侧面撞击中可能出现的一些问题。从经验上我们会在车身比较薄弱的地方添加本公司的加强发泡，但是这样无法控制添加量和添加位置，无法达到最佳效果。利用Altair公司的OptiStruct结构优化模块可以分析出最佳的填充方案。

2 Optistruct优化方案

2.1 有限元模型

本文利用一个public 模型来做一些研究性的工作，首先利用LS_Dyna完成侧面撞击的分析，找出车身结构薄弱的位置。

图1 public model侧面撞击模型

图2 撞击后变形结果图

通过CAE分析可以看出，此车的门槛和上边梁位置比较薄弱，因此从经验上我们在这两处位置添加本公司的增强发泡。

2.2 OptiStruct 优化过程

以往我们可以利用经验在门槛出添加我们的加强发泡，但现在我们可以利用Altair公司的OptiStruct软件对添加的发泡进行优化处理。我们利用B柱和门槛的局面模型进行优化处理。

图3 OptiStruct优化的局部模型及最初添加发泡位置（绿色区域）

利用此局部模型进行OptiStruct 线性分析，然后做优化处理，将体积百分比定义为限制条件：30%；最小化应变能。

图4 OptiStruct 静力分析和优化分析结果 （变形后和最初状态比较）

通过OptiStruct的优化处理，可以得到最优化的填充物大小和位置，同时可以看出虽然缩小了填充发泡的体积，但是优化后和优化前的变形基本一致。

图5 优化前，优化及优化后再设计后的填充发泡的形状

2.3 对优化结果的验证

将优化前和优化后的模型分别放入整车模型中进行侧撞模拟分析，以验证优化的结果。为了便于比较，我们提取假人髋部和腹部的变形量来做比较，同时与最初的整车模型做比较来验证增加结构加强发泡后的改善效果。

图6 髋部和腹部变形量的比较

从LS_Dyna的分析结果来看，添加本公司的结构加强发泡后，髋部和腹部的变形量减少了15-20%，而优化后和优化前变形量基本没有变化。所以我们认为利用OptiStruct进行的优化是可以接受的。

3 结论

本文利用OptiStruct 对本公司的结构加强发泡做了一定的优化，同时对添加结构加强件前和添加结构加强件后作了侧碰的CAE模拟分析，发现本公司的结构将强件对车身局部结构强度增加很多，同时通过OptiStruct的优化也更方便的提供了我们对本公司的机构加强件的位置和大小的判断。

4 参考文献

[1]C-NCAP,中国新车评定章程

[2] 朱西产 汽车撞击安全性评价体系的现状及发展趋势

[3] 黄世霖 张金换等 汽车撞击与安全 北京：清华大学出版社，2000

[4] Altair HyperWork Manual