轿车车身轻量化结构

轿车，尤其是普通轿车，作为典型的出行代步工具近年来在国内的产量和保有量都有显著的增加。因为轻质轿车车身是轿车提高动力性能、降低油耗、节约材耗、降低成本的关键，不只是业内人士，就是普通消费者也有明确而迫切的轻量化要求。实现轻质车身，除了应用新型轻质车身材料之外，就是设计开发轻质车身结构。本文试图在已有分析工作的基础上，对轿车轻质车身结构进行讨论，以期与业内人士交流。     

结构优化设计在客车车身轻量化中的应用

综述了结构优化设计方法在汽车车身轻量化中的应用历史和现状。对常见的结构优化技术进行了介绍和总结。以一款客车车身骨架结构优化设计为例,探讨了结构优化设计的应用方法和实施过程。对优化设计中的关键问题进行了阐述,最后展望了结构优化设计在未来车身轻量化中的应用趋势和前景。     

电动轿车镁合金副车架的OptiStruct优化设计

使用计算机辅助进行结构分析和优化,在优化软件的协助下,应用镁合金AZ91D,对某燃料电池汽车原副车架进行结构优化和重新设计.对新设计的副车架进行校核,经过分析得出,新副车架在轻量化的同时各项性能都较原件有很大的改善,为燃料电池汽车的进一步轻量化提出了建议.     

电动轿车电池箱体轻量化研究

提出一种形貌优化的电动轿车电池箱体轻量化设计方法。运用CAE有限元分析软件完成了电池箱体下板的单元离散、结构分析和形貌优化整个过程。以最大节点位移和最大单元应力为约束条件,分别以自定义多目标优化方程和单元总应变能为目标函数,完成了电池箱体下板形貌优化,获得了相应的加强筋布局方案,得出电池箱体优化后的结构形式。经分析计算,改进后的电池箱体下板结构力学特性更趋合理,重量减小61.39%,实现了轻量化设计的目的。     

纯电动客车车身优化设计

以某城市纯电动客车车身骨架为研究对象,建立车身骨架的几何模型和有限元模型,进行了两种典型工况下的强度、刚度分析和基于Block Lanczos方法的自由边界条件下的模态分析。结果表明,整个车身骨架振动特性相对合理,底架前部与空气气囊连接部位以及电池组承载区域的应力偏大,顶盖变形比较明显,弯扭工况下车身骨架的最大应力超出了材料的屈服极限。采用尺寸优化的方法,运用Optistruct软件求解优化模型,得到优化后模型的强度符合要求,刚度有明显的提高,并且减重6.7%,车身的结构更加合理。     

电动轿车车门多工况轻量化设计

针对某电动轿车的铝合金车门,建立了有限元模型,对车门进行了模态分析以及4种较恶劣工况下的刚度分析,提出了一种基于拓扑优化、尺寸优化及多工况同步优化的综合优化方法。以车门重量最小化为目标,建立了优化模型,并对车门结构进行了轻量化设计。结果表明:该方法能准确寻找车门结构性能的薄弱区域,优化后4种工况下车门刚度提高67%~73%,重量仅增加5%。     

白车身多学科轻量化优化设计应用

在白车身开发早期阶段引入结构轻量化思想,建立隐式全参数化白车身模型,通过多学科优化过程,找到白车身零件形状、尺寸、位置与厚度等各参数之间的最佳组合,以及满足系统各项性能要求的重量最优解,使白车身轻量化设计的潜能得到最大程度的发挥。根据白车身自身性能的特点对其分成不同的优化区域分别进行不同工况的优化,从而合理地安排设计变量和样本点数量,并对由试验设计得到的近似模型进行多学科的轻量化优化设计,有效地控制分析与优化时间,给车身设计提供指导。最终得到的白车身方案减重12 kg,减重率达到4.5%。同时利用方差分析方法,对各设计变量对性能的贡献量与主效应进行分析,掌握设计变量对刚度,模态、被动安全性能以及重量的影响规律。     

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。     

轿车发动机罩拓扑结构优化及其轻量化设计

对常见四种工况下的轿车发动机罩板进行有限元分析,采用拓扑优化的方法,在四种工况下,以加权应变能最小为优化目标,对发动机罩内板中部区域进行优化。通过软件OPTISTRUCT中的OSSmooth模块导出结构优化后的文件,在CATIA中根据拓扑优化的形状和材料分布的路径进行模型的修改,得到拓扑结构优化后的发动机罩板,并分别选取高强度钢、铝合金、镁合金作为替换材料,对比优化前后的发动机罩板的综合力学性能,得出拓扑结构优化后的铝合金方案为最优轻量化方案。     

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。     

汽车座椅骨架的拓扑优化研究

针对汽车座椅骨架质量较大的问题,对座椅骨架的结构、人机工程学、拓扑优化方法、镁合金的特点及加工方法进行了研究.根据人机工程学以及座椅的基本要求对座椅坐垫进行了拓扑优化设计;结合镁合金材料特点及压铸加工要求对座椅骨架进行再设计;最后应用ANSYS对改进后的座椅进行了静力学分析.研究结果表明,优化后的座椅骨架比优化前的减重20％,优化后的座椅骨架满足座椅静强度要求;从而说明该拓扑优化方法可用于座椅骨架的结构设计,同时得到了新的座椅骨架模型.     

Lightweight design of an electric bus body structure with analytical target cascading

Lightweight designs of new-energy vehicles can reduce energy consumption, thereby improving driving mileage. In this study, a lightweight design of a newly developed multi-material electric bus body structure is examined in combination with analytical target cascading (ATC). By proposing an ATC-based two-level optimization strategy, the original lightweight design problem is decomposed into the system level and three subsystem levels. The system-level optimization model is related to mass minimization with all the structural modal frequency constraints, while each subsystem-level optimization model is related to the sub-structural performance objective with sub-structure mass constraints. To enhance the interaction between two-level systems, each subsystem-level objective is reformulated as a penalty-based function coordinated with the system-level objective. To guarantee the accuracy of the model-based analysis, a finite element model is validated through experimental modal test. A sequential quadratic programming algorithm is used to address the defined optimization problem for effective convergence. Compared with the initial design, the total mass is reduced by 49 kg, and the torsional stiffness is increased by 17.5%. In addition, the obtained design is also validated through strength analysis.     

基于刚度灵敏度分析的轿车白车身结构优化

以国内桌型轿车车身为研究对象,建立了车身结构优化的有限元模型.基于刚度准则,在加载工况下对车身进行刚度灵敏度分析.在此基础上利用均匀设计法设计了优化实验.优化结果表明:优化后的车身结构、刚度和灵敏度更为合理,在车身刚度不变的情况下,车身总质量减少了8.9kg.     

汽车车身静态拓扑参数综合优化设计

在单元灵敏度分析的基础上,提出汽车车身框架结构的静态拓扑参数综合优化方法.在优化过程中,先将单元灵敏度计算公式通过截面特性加权变成拓扑参数再修改灵敏度的分析方法,并提出避免"载荷病态"的灵敏度复合方法来处理多裁荷工况.其次根据设计要求对杆件进行分组,并将可选的梁截面根据属性大小进行编号.最后根据综合灵敏度的大小修改对应组的梁截面特性编号.将所提的方法应用于汽车车身轻量化设计中,得到有效的优化结构.     

基于结构仿生的飞行器支架轻量化设计

基于结构仿生的原理,在分析典型分支结构的构型特点的基础上,设计了仿生型支架结构.有限元分析的结果表明,与原型结构相比,仿生型结构的质量减轻7.35％,最大应力和最大变形都明显减小.     

某电动商用车车架轻量化改进

商用车车架是整车各总成以及零/部件的承载基体,而车架纵梁又是车架最主要的承重部件,为使商用车轻量化,从而满足市场对汽车低能耗、高效率的需求,以某电动商用车车架为研究对象,建立了车架有限元模型,采用结构设计的方法,对车架纵梁结构进行了重新设计。并对改进车架进行了尺寸优化设计,以车架纵梁和横梁的厚度为设计变量,以1阶模态频率、弯曲工况下加载点的最大位移和扭转工况下加载点的最大位移为约束条件,以车架质量最小为目标函数,对车架进行了尺寸优化。对传统车架和改进车架进行对比分析,分析结果表明,改进车架质量减少了174.40 kg(27.60%),在保证车架安全性能的同时实现了轻量化。     

基于强度与模态灵敏度分析的轿车前副车架轻量化设计

根据轿车前副车架的结构特点,建立了前副车架有限元模型。在转弯、制动、垂向冲击和倒车4种工况下对前副车架进行强度分析,然后分析与前副车架有关的各种扰动激励频率对前副车架振动特性的影响。根据长期研究,提出了前副车架结构模态评价原则,依据此原则,得到前6阶的模态频率和模态振型,最后确定出轻量化方案。     

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。     

方程式赛车车架的轻量化设计

以大学生方程式赛车为实例,研究在满足整车振动频率、强度、刚度等约束的前提下,运用有限元分析软件对车架进行拓扑设计和尺寸优化.根据赛事规则,初步建立车架主体结构,运用ANSYS对车架结构进行拓扑设计,得到合理结构;以车架扭转刚度、车架结构性能等为评价标准,以管件尺寸为设计变量,对车架结构进行尺寸优化;通过试验验证,8字绕...     

汽车座椅结构的轻量化设计

针对当前许多拓扑优化结构中存在的制造工艺问题,提出了一种考虑挤压工艺约束和应力约束的拓扑优化模型。采用该方法对座椅骨架进行轻量化设计,并对新设计的座椅骨架进行校核。分析结果表明:新的座椅结构在满足各项性能和挤压工艺约束的同时达到了明显的轻量化效果,证明了该拓扑优化方法的可行性。