概念设计阶段基于混合元模型的纯电动铝合金汽车车身轻量化优化设计

在汽车车身概念设计阶段,针对轻量化设计及优化白车身刚度问题,建立了某款纯电动铝合金汽车车身骨架基于真实接头的简化力学模型。运用灵敏度分析筛选出灵敏度较大部件,然后利用元模型的优化方法(hybrid and adaptive meta-modeling method,HAM)对灵敏度较大部件进行截面厚度优化,使优化目标车身质量得到了降低,同时改善了车身的模态和刚度,根据研究的数据制造了电动车车身。     

基于复杂工程约束的车身梁截面优化设计

通过对车身梁截面设计约束问题的研究,将车身薄壁梁截面形状优化设计问题和截面的材料、厚度等离散参数优化问题耦合起来。以工程设计中的可装配性和可制造性为设计约束,建立车身梁截面多目标优化方法。该方法以车身梁结构性能、成本、质量为目标,通过对梁截面形状进行独特的编码,实现以梁截面的形状、厚度、材料为设计变量的多目标优化模型,该模型采用NSGA-II遗传算法实现了多目标优化问题计算。基于该方法实现相应的软件模块并建立材料参数与厚度数据库。实例证明,该方法既可用于车身概念设计阶段确定满足设计目标且符合工程要求的梁截面形状参数,也适用于详细工程设计阶段对现有车身截面进行局部优化以增加车身刚度和减小部件质量。     

应急监测拖车车身骨架结构分析与轻量化研究

运用有限元分析理论,在ANSYS Workbench有限元软件中建立应急监测拖车车身骨架结构的有限元模型,并对其进行静力学分析和模态分析。根据分析结果采用拓扑优化方法对应急监测拖车车身骨架进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果并结合车身骨架的设计和制造工艺要求,对车身骨架结构重新进行布局和设计,得到优化后的车身骨架结构。通过相对灵敏度分析找出对车身骨架性能不敏感但对车重敏感的设计变量,采用多目标尺寸优化的方法对应急监测拖车车身骨架结构进行轻量化设计,并对其在水平弯曲、极限扭转、紧急制动和紧急转弯4种典型工况下的性能进行对比。结果表明:优化后的车身骨架在满足各项性能要求的前提下,实现减重86.57 kg,减重率为14.08%,取得了一定的轻量化效果。     

基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究

建立了某大型客车车身骨架FE模型,获取了自由模态参数以及静态弯曲和扭转工况下的刚度和强度特性。基于分析结果,对车身骨架结构形式进行了改进。利用优化设计方法,建立了以客车薄壁梁厚度为设计变量,车身总体积和表征车身刚度的状态量为响应的优化模型。通过对影响车身轻量化和力学性能指标构件的灵敏度分析,筛选了设计变量,重新建立了以车身骨架总体积最小为目标的优化模型,得到了轻量化效果明显的优化方案。最后对轻量化模型进行典型工况分析,与初始模型进行了对比,验证了优化方案的可行性。     

拓扑优化在铝合金钳体优化中的应用

以某SUV车型盘式制动器钳体为研究对象,从使用轻量化材料和结构优化两个方面对钳体进行了轻量化分析.首先,用CATIA建立了钳体的三维模型,在HyperWorks中建立了其仿真模型,并进行了刚度和强度分析,得到了其应力云图和位移云图.使用铸造铝合金材料对钳体进行了轻量化分析,发现其并不满足刚度要求后,对铝合金材质的钳体进行了尺寸改进,为了确定合理的改进尺寸,选取了5组尺寸数据并进行了建模和仿真对比;其次,基于变密度法,建立了钳体拓扑优化的数学模型,对钳体进行了拓扑优化,确定了铝合金材质钳体的合理结构,并在CATIA中重建了优化后的模型,对重建模型进行了静力分析,得到了优化后钳体的应力、位移云图,证明优化后的钳体满足刚、强度要求,且质量下降到原来的43％.最后,对原始钳体和最终优化钳体进行了疲劳寿命分析,验证了优化后钳体的合理性.     

面向轻量化的重型卡车板簧压板优化设计

根据企业对板簧压板进行更换原材料QT500-10为ZG650-830的要求,为降低成本,需对其进行轻量化设计。采用Ansys Workbench建立了板簧压板的参数化有限元模型,以其内腔相关参数为设计变量,通过实验设计生成设计参数样本空间,经有限元求解得到样本点的响应面,同时通过对设计变量的灵敏度分析,确定结构参数优化方向。采用乘除法给出多目标优化的数学模型,利用Workbench进行尺寸优化设计,得到板簧压板的一次轻量化模型;然后对一次轻量化模型进一步进行拓扑优化,得到其最终轻量化模型。研究表明,轻量化后的板簧压板满足强度与刚度要求,结构安全性能提高,与原结构相比减重比达26.78%。     

基于刚度的铝合金汽车前罩轻量化结构设计及分析

以某款车型前罩为研究对象,基于静态刚度与前罩外板弹性变形能力,通过材料替换与结构尺寸拓扑优化对前罩进行轻量化设计与分析,并通过与试验结果的对比,验证了前罩有限元仿真方法的准确性。轻量化设计的铝合金前罩满足了静态刚度以及外板弹性变形能力要求,减重效果达到47%。     

基于模态识别的参数化白车身轻量化优化设计

利用参数化建模软件SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身的参数化模型,为白车身轻量化优化提供形状、厚度设计变量。对参数化白车身模型的静态弯曲、扭转刚度和低阶模态性能进行仿真分析并与试验对比,验证了所建参数化白车身模型的有效性。通过编辑脚本实现白车身模态振型与阶次的自动识别功能,避免了白车身优化过程中的人工介入。将脚本文件嵌入到Isight优化软件中,实现了参数化白车身轻量化全自动优化,从而减少了工作量并提高了白车身优化效率。轻量化优化过程中约束白车身静态弯曲刚度和一阶弯曲、扭转模态频率,寻求白车身质量最低、扭转刚度最大的方案。采用近似模型的方法对白车身进行优化,从而进一步提高白车身轻量化的优化效率。优化后白车身质量降低了33.97 kg,减重率达9.33%,白车身的弯扭刚度和一阶弯曲、扭转模态频率与初始模型基本一致,取得了显著的轻量化优化效果。     

基于隐式参数化的白车身扭转刚度提升

基于某全新开发车型,在项目开发早期阶段,使用隐式参数化设计软件SFE CONCEPT,建立白车身隐式参数化模型并进行扭转刚度摸底分析,性能和质量与目标值相差甚远。在车身优化设计阶段,选取68个设计变量,包括厚度、形状、位置、截面、结构等,对这些选取的设计变量进行扭转刚度和质量的灵敏度贡献率分析,结合质量指标优化方案拓扑分析,优化后的扭转刚度提升至8 080 N·m/(°),减重23.33 kg。通过实车试验,验证了隐式参数化模型的准确性,为后续项目开发提供参考,且缩短了车身车开发周期,降低了质量,节约了成本。     

多工况下微型电动车车身结构拓扑优化设计

以车身多工况权重刚度最大化为优化目标,以体积比、节点位移及一阶频率为约束条件,建立了微型电动车车身结构多刚度拓扑优化模型。在采用线性加权方法将多刚度这一多目标优化问题转化为单一目标优化的过程中,基于层次分析法提出了多工况权重比的计算方法。该方法使车身优化设计中权重比的设定有据可依,可避免由于设计者主观因素造成的权重比偏差。该多刚度拓扑优化模型体现了车身结构的拓扑优化设计,得到了满足性能要求的清晰车身结构。