汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

某牵引车车架多目标拓扑优化设计

为了得到同时满足静态多工况刚度和动态振动固有频率要求的某牵引车车架结构,将拓扑优化的方法引入到车架的结构设计中。采用折衷规划法定义多刚度拓扑优化的目标函数的数学模型,而振动固有频率拓扑优化的目标函数的数学模型则采用平均频率法定义,综合刚度与振动固有频率的多目标函数的数学模型也采用折衷规划法定义。通过优化得到同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构。通过在Hyper Works软件中对车架进行静态和模态仿真,仿真结果表明,车架性能满足工作要求,这也验证了对牵引车车架进行多目标拓扑优化设计是合理可行的。     

某商用车蓄电池支架多目标拓扑优化

为使蓄电池支架在轻量化的基础上能够满足汽车各工况下强度性能及要求,采用折衷规划法进行多目标拓扑优化,通过灰色关联分析法确定子目标的权重系数。首先在原始电池支架模型结构基础上,考虑实际装配和功能,建立了蓄电池支架初始拓扑优化模型;然后对其进行多工况和综合频率优化,并通过灰色关联分析法确定子目标函数的权重,运用折衷规划法进行多目标拓扑优化。最终得到的新模型质量比原模型降低10.9%,低阶频率及刚度有较大提高,各极限工况应力均小于许用值。结果表明,轻量化的蓄电池支架满足性能要求,验证了设计的合理性。     

考虑动态特性的多工况车身结构拓扑优化研究

由于车身结构在汽车行驶过程中主要是保证其静动态承载性能,因此在概念设计阶段考虑其多种承载工况,特别是车身的动态性能要求来确定车身结构的最佳拓扑形式十分重要。结合整车多工况多体动力学分析,运用折衷规划法定义整车实际行驶工况下车身结构静态刚度和动态振动频率最大化的综合目标函数,通过层次分析法确定各工况的最优权重系数,进行车身结构的综合目标优化设计。以方程式赛车的车身结构设计为例,进行综合目标的拓扑优化设计,结果表明该方法进行车身结构的概念设计可行且有效。同时,经对比根据设计经验和基于正交试验定义权重系数的两种方法得出的优化结果,其车身的刚度和前6阶频率均有不同程度的提高,且结构更加合理,同时提高了计算效率。     

满意协调法在OptiStruct中多目标拓扑优化中的运用

为了研究多工况下静态刚度和动态振动频率为目标函数的拓扑优化结构设计,提出了一种连续体结构多目标拓扑优化的研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数(SIMP)的插值模型,采用满意协调法把多目标问题转化为单目标问题,从而避免因单目标拓扑优化而不能满足车体结构性能要求的缺点,同时通过一些变换,规避了满意协调法中不含等式约束这一条件。运用OptiSt-ruct平台,以发动机盖为实例进行多目标拓扑优化,并与已经用于生产的成熟的发动机盖模型进行对比,验证了优化方案的可行性。     

基于BESO方法的连续体结构动态特性多目标拓扑优化

为实现动态多目标下的拓扑优化结构设计,以结构动柔顺度最小化和固有频率最大化加权函数为目标,提出基于双向渐进结构优化方法(Bi-direction Evolutionary Structural Optimization, BESO)的连续体结构动态特性多目标拓扑优化方法。基于等效静载荷法(Equivalent Static Loads, ESL),将结构动刚度优化问题转化为多工步载荷作用下的线性静刚度优化问题,结合BESO方法实现结构多工况线性静态优化。分别归一化目标函数和灵敏度,避免不同性质目标函数及灵敏度的量级差异引起的数值奇异性。数值算例结果表明,结构体积约束、频率与动柔顺度综合目标均能渐进收敛于最优目标值,优化结构具有清晰的拓扑构型。随着柔顺度灵敏度、权重因子的减小,优化结构拓扑形式发生显著变化,其动刚度逐渐减小,而固有频率逐渐增加。所提出的频率-动刚度多目标拓扑优化方法能够提高结构动态特性,拓展了BESO方法对结构动力学拓扑优化问题的应用范围。     

校车底盘车架结构静动态特性拓扑优化设计研究

针对一款城市专用校车底盘车架结构一阶固有频率偏低的问题,研究了其拓扑结构与静动态特性之间的关系,提出了基于静动态特性的校车底盘车架结构多目标拓扑优化设计方法,即以多工况下的底盘车架结构静态刚度和一阶固有频率最大为目标函数,以拓扑区域体积比为约束函数,建立其结构拓扑优化模型,利用Hyper Works的Optistruct软件对底盘车架结构进行多目标拓扑优化设计,结果表明,优化设计的底盘车架结构在静态刚度保持不变的前提下,其动态一阶固有频率提高了34.6%,较好地解决了校车底盘车架动态特性较差的问题。     

连续体结构的静动态多目标拓扑优化方法研究

为实现以静态多工况下刚度和动态特征值为目标函数的拓扑优化结构设计,提出一种连续体结构的静动态多目标拓扑优化模型.以平均柔度最小化和平均特征值最大化为目标,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,根据决定函数大小来选择最优的妥协解,并且对目标函数进行归一化,消除不同性质目标函数在数量级上的差异.拓扑优化采用同体各向同性材料插值方法,将移动近似算法用于多目标拓扑优化问题的求解,并且用过滤求解技术避免拓扑优化中数值不稳定性现象.数值算例结果表明,文中提出的方法在连续体的静动态多目标拓扑优化设计中是正确的和有效的.     

链轮结构静/动态多目标拓扑优化及敏度分析

为增强链轮结构的静态刚度及有效抑制外界激励的影响,将多目标理论并结合拓扑优化理论引入到链轮结构的设计。依据链轮的真实工况,分别对其进行静态刚度和动态固有频率最大化的优化设计。基于折衷规划法定义静态刚度和动态固有频率的多目标函数,并以体积分数为约束条件构建链轮结构的SIMP拓扑优化模型,基于OptiStruct的优化准则算法进行多目标优化求解。运用伴随变量法求解多目标函数相对设计变量的灵敏度,为结构整体性能改善及优化提供准确的梯度信息。最后,以链轮多目标优化结果为参考,基于SolidWorks进行二次设计,并对其进行静力学和模态分析用以验证优化前后结果的正确性。该方法对考虑多个目标的工程结构优化设计具有实际意义。