基于有限元法的电动汽车车身正面碰撞仿真及拓扑优化

车辆正面碰撞的安全性是汽车被动安全性研究的重要方面。利用有限元法对电动汽车碰撞进行了研究,借助LS-DYNA分析了驾驶室最大加速度变化情况和车辆前舱的能量吸收情况,在此基础上,对车身进行了拓扑优化设计,依据优化结果对车身结构进行了改进。通过计算机仿真,分析了汽车的被动安全性,对下一步实车碰撞试验有极大的指导意义。     

镁合金微型电动车车架开发

介绍了自主研发的微型电动轿车镁合金车架的结构设计方法。在车架的开发过程中,利用拓扑优化方法设计其概念结构,在此基础上考虑结构轻量化等要求对车架进行杆件截面优化设计。对镁合金车架与钢车架的力学性能进行了比较分析,对以镁合金车架为平台的骨架式车身的正面碰撞安全性进行了仿真分析,结果表明,同样工况下镁合金车架可以达到并超过钢车架的强度,满足被动安全性要求,同时减轻了重量。     

汽车车架结构的拓扑优化设计

采用有限元分析和结构拓扑优化设计相结合的方法,依据汽车车架的结构受力特性及其材料的性能要求,建立了优化数学模型.在此基础上,基于弯曲板的应力灵敏度分析和性能指标,构建了应力约束下车架拓扑优化准则.最后,开展了车架结构的仿真设计,并得到了合理的结果.     

Development of a topology optimization program considering density and homogeni-zation methods

In most previous studies of topology optimization, commercial programs, such as Optistruct, ANSYS, and MSC Patran, usually were used during implementation. Such commercial programs are not easy to use and entail time and cost. In addition, it is difficult to confirm results with reference to individual stages of optimization. For addressing this disadvantage, a topology optimization program, which is based on the C language, is developed in this study. This is a very convenient and powerful program for users to conduct topology optimization by using all density methods and homogenization methods in compliance with the methodology. For verifying the developed program, first of all, topology optimization was implemented by using density methods to evaluate the strain energy density of a cantilever plate and a simply supported plate, which are simple models. The feasibility of the program was verified through a comparison of the results with those from Optistruct, which is a commercial program. Finally, topology optimization was implemented with regard to the rolling-stock leading-cab, which is an application model. Through the Ls-Dyna program, the collision characteristic was also confirmed. Next, through homogenization methods, crash analysis was implemented in the rollingstock leading-cab. By the use of the internal energy density as deduced from the collision interpretation, topology optimization was implemented. The optimal values, by which the internal energy was maximized per unit weight, of the parameters of homogenization methods were deduced. By the use of Ls-Dyna program for the optimum model, where internal energy is maximized per unit weight, the crash characteristic was confirmed on the basis of the optimization result and the feasibility of the result was verified. This methodology deduces the axis compression deformation by implementing the role of a crash initiator during collision. In addition, the economic advantage of light-weight cars also can be deduced.     

ANSYS参数化有限元技术在板壳结构拓扑优化设计中的应用

拓扑优化设计是工程结构降低成本、提高性能的有效手段之一.在ANSYS对加筋板壳结构的有限元分析基础上,可以对板壳结构的加强部件分布进行合理设计.着重介绍了使用ANSYS参数化语言进行加筋板壳结构的分析方法.     

轻型载货汽车减振技术分析及优化设计

对某轻型载货汽车产生的低频振动现象进行了试验分析及优化设计研究.在对轻型载货汽车振动测试分析的基础上,利用有限元仿真和拓扑优化技术对样车进行了固有频率分析和优化设计.通过对样车的振动测试及有限元分析,找到了轻型载货汽车产生低频振动的主要原因:车辆系统的1阶固有频率与车轮动不平衡引起的激励频率接近,导致了车辆系统的共振.分析及试验结果表明,通过优化车架的结构和匹配驾驶室橡胶垫块的刚度能够提高车辆系统的1阶固有频率,明显改善轻型载货汽车产生的低频异常振动现象,提高了车辆的乘坐舒适性.     

利用阻尼材料改善驾驶室声学特性的研究

为改善某款商用车驾驶室声学特性,建立该驾驶室的声固耦合有限元模型,通过频率响应分析,得到车内的声学响应。对81 Hz处声压峰值进行声学结构模态参与因子分析和板件贡献分析。对贡献最大的板件进行自由阻尼处理。为减少阻尼材料使用量,将阻尼材料体积作为约束条件,阻尼材料单元相对密度作为设计变量,以贡献最大的结构模态所对应的模态阻尼比最大化为优化目标,基于优化准则算法用MSC.Nastran的直接矩阵提取程序(Direct matrix abstraction program,DMAP)语言编制拓扑优化程序,对阻尼材料在驾驶室上的分布进行优化。优化后阻尼材料的体积减小40%,目标模态的模态阻尼比降低5.2%。根据优化结果粘贴阻尼材料,使驾驶员右耳处声压和乘员右耳处声压在81 Hz附近分别降低11.2 dBA和10.7 dBA,其他峰值处声压变化不大。     

微型电动车车架结构优化设计方法

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻重量,将可靠性理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于结构可靠性和有限元法对新设计车架的结构参数进行了可靠性优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

典型安装架在随机振动下的优化设计

采用仿真和试验的方法对机载电子设备安装架在随机振动条件下的优化设计进行了研究。首先,采用静力等效思路将随机振动载荷转化为静载荷,对安装架在静载荷下进行拓扑优化。接着,基于拓扑优化结果进行了模型设计和动力学仿真分析,分析结果表明,在保证优化后质量不高于原设计模型的条件下,优化后安装架的强度和刚度都有显著提高。最后,通过随机振动试验验证了该优化设计的可行性。     

某微型电动车车架结构的拓扑优化设计

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻质量,将拓扑优化理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于有限元法通过ANSYS软件对新设计车架的结构参数进行了优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

整车环境下商用车驾驶室静力模态刚度贡献

驾驶室与车架通过驾驶室支承弹簧连接,具有复杂的弹性耦合关系。商用车的优化方法主要有尺寸优化、形状优化以及拓扑优化,这三种方法只能有效地对单个零件优化,不能对具有复杂耦合关系的汽车零件进行优化。为此,引进了结构静力模态刚度的概念,推导了其相应的算法。通过计算驾驶室各部件静力模态刚度贡献,从而可找到关键部件做为可设计元件。此方法已应用于在整车安装的环境下对驾驶室的刚度贡献分析,结果表明,本文的方法是有效的。     

汽车车架的结构优化设计

这里以有限元结构分析和优化算法相结合为手段，以某型载货车车架为例，先对车架进行拓扑优化获得车架最优拓扑形式，根据车架最优拓扑形式确定横梁的数量及分布位置和纵梁的加强方式，得到车架的概念化设计。然后对横梁和纵梁的截面尺寸进行优化，建立了车架的力学模型，优化参数模型，优化数学模型，有限元模型，采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序，用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计，计算结果表明该优化设计方法的有效和高效，给出了汽车车架的计算机辅助优化设计的有效方法，该方法可广泛应用于车架的优化设计工程。     

装载机驾驶室非线性减振系统试验与优化

以某型装载机驾驶室减振系统为研究对象,通过优化解决了驾驶室振动过大和驾驶舒适性差的问题。以实测的车架振动信号为输入激励,根据驾驶室实际结构简化了驾驶室-座椅-人体的非线性减振系统模型,驾驶室和座椅的垂向振动加速度均方根值的模型输出值和实车试验值最大误差不超过6%。以驾驶室和座椅的垂向加速度均方根值为目标,使用遗传算法进行多目标优化,将优化结果代入模型来验证优化前后的驾驶室与座椅的减振性能。实车试验表明,改进后驾驶室垂向加速度的均方根值减小16%,座椅垂向加速度的均方根值减小53%。     

复合域结构的重构拓扑优化方法设计及应用研究

针对结构与材料拓扑优化子域交互式设计问题,提出了复合域结构的重构拓扑优化（CDRTO）方法。建立了基于均匀化理论的复合域结构拓扑优化问题的数学模型,采用一般连续近似优化算法进行了优化求解,利用复合域子域变量压缩技术提高了计算效率,同时针对求解结果的可制造性问题提出了重构方法。将CDRTO方法应用于X形汽车车架设计和结构与固定装置并行设计两个实际工程设计问题,结果表明该方法具有可行性与有效性。     

基于耐撞性拓扑优化的汽车关键安全件设计

将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中,阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法,并给出其迭代求解的数学模型。结合该方法,对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧面碰撞的并行拓扑优化,根据优化结果的材料分布情况进行了工程诠释。在整车碰撞有限元模型中对工程诠释结果进行了验证,结果表明：耐撞性拓扑优化方法行之有效,且拓扑优化结果使得车辆的碰撞性能有一定的提高。     

基于HyperWorks某载货电动货车车架结构优化设计

目前许多厂商推出的电动货车均是在原有轻卡车型的基础上做简单改进,并没有针对电动货车的动力系统布置形式、整车质量分布、使用工况和轻量化需求等特点进行专用化的车架结构设计.针对上述问题,对某国产电动货车车架进行了性能分析,并利用多目标拓扑优化对该车架进行了轻量化设计.结果表明:优化后的结构降低了车架质量,提升了车架的使用性...     

基于CATIA的桥式起重机司机室人机工程设计

为改善桥式起重机司机室作业环境,提高作业舒适度,对桥式起重机司机室的布局及各尺寸结合人机工程学相关理论进行了分析,并给出了尺寸建议,最后以人机工程虚拟仿真软件CATIA进行验证,分析了司机的视野范围、操作姿势舒适度和手部可达区域。结果表明结合人机工程学相关理论所设计的司机室符合人体舒适度要求,设计中加入了视频监控装置,可降低职业病发生的可能性,司机室尺寸优化结果可为起重机司机室设计提供重要的数据参考。     

岸桥门框连接斜撑布置研究与优化

针对某型号岸边集装箱桥式起重机门框斜撑进行优化设计。首先应用结构拓扑优化技术,建立斜撑拓扑优化设计的模型;通过拓扑优化设计,得到三种斜撑的布置方案。然后基于斜撑的抗风振要求对斜撑进行尺寸优化,得到满足设计条件的质量最轻的优化结果。通过对优化后的斜撑结构在岸桥整机上的刚度和强度校核,验证了提出方法的有效性。     

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计,以副车架侧边纵梁结构参数为变量,建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量,采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型,并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证,结果表明,所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时,保持较好的轻量化水平。     

Optimization Design and Performance Analysis of Vehicle Powertrain Mounting System

The design strategies for powertrain mounting systems play an important role in the reduction of vehicular vibration and noise. As stiffness and damping elements connecting the transmission system and vehicle body, the rubber mount exhibits better vibration isolation performance than the rigid connection. This paper presents a complete design process of the mounting system, including the vibration decoupling, vibration simulation analysis, topology optimization, and experimental verification. Based on the 6?degrees?of?freedom vibration coupling model of the powertrain mounting system, an optimization algorithm is used to extract the best design parameters of each mount, thus rendering the mounting system fully decoupled and the natural frequency well configured, and the optimal parameters are used to design the mounting system. Subsequently, vibration simulation analysis is applied to the mounting system, considering both transmission and road excitations. According to the results of finite element analysis, the topological structure of the metal frame of the front mount is optimized to improve the strength and dynamic characteristics of the mounting system. Finally, the vibration bench test is used to verify the availability of the optimization design with the analysis of acceleration response and vibration transmissibility of the mounting system. The results show that the vibration isolation performance of the mounting system can be improved effectively using the vibration optimal decoupling method, and the structural modification of the metal frame can well promote the dynamic characteristics of the mounting system.