应用Hyperworks实现汽车车架结构的拓扑优化.pdfVIP

“京力学奇第18月学术年舍论i集计算力学 应用Hyperworks实现汽车车架结构的拓扑优化+ 罗明智 杜家政 北京工业大学工程敢值模拟中心北京100]24 ii：篡；；!i：?：ii；：鬈慧嚣然巍篇：嚣淄彘0 满足T汽车轻量化m计的目的和要求 关键诃：车槊，拓扑优化，＆度约束，hyperworks 、引言 汽车轻量化设计对汽乍节能和环保具有重要意义。车架作为汽车的重要组成部分和 汽车底盘及整车的承载基体，在使用过程中要承受弯曲、扭转等多种载荷工况作用，它 的H0度、固有频率对整车的安全性、操纵稳定性及噪声、振动和不平顺性具有重要意义。 所以，在同时满足实际使片】时的约束条件的情况下，最大限度地减轻车架的质量是车架 设计的重要内容，同时也是汽车轻量化设计研究的重要组成部分。Hyperworks软件凭借 其强大的优化功能，已经被世界汽车设计和制造公司广泛使用和信赖。本文就借此软件 解决拓扑优化问题。 汽车车架的问题描述与拓扑优化模型的建立 21问题描述… 某新型汽车的乍架结构简化模型如图1所不，汽卞车架的基本结构为一薄板。车 架所受载荷按设计要求作用于基奉结构上。车轮为这基本结构的支承。摹本结构为’ 个4000×1400mm‘的K方板，划分为50x18个矩形薄板单元。荷载有发动机质量(共 193虹，作用如图1左边三个原点所示伸置)、乘客及货物质量(其743 6kg，作用于图1 中右边四个小圆点所示位置)、午身质量(共720kg，作用十图1中上下边7‘个三角形所 示位置)。立撑条件为州个铰盘(支撑于图1中所示位置)许用应力为340MPa。材料采 用16Mn钢．弹性模量206GPa，泊松比0．3．密度7800kg／m3，厚度为9ram。 圈1汽年牟架的有mR模■Ⅲ意图 ‘基金项日北京市教委项H(KM20]110005014)：|匕京市自然科学基盘项目(1113015)。 |匕京女学套第18月学丰年§论￡禾．计算∞擘 2．2建立拓扑优化模型 将薄板可能占据的整个区域划分成有限元，假定所有单元的厚度是均匀的，把这一 模犁作为基本结构的初始设计，其结构拓扑优化|11I题成为： 求m(卢1卜，tt) 使V-÷min S．I m!M 其巾，h，为设计变量(单元密度)；”为设计变量数(单兀数)，日为i单元的工作应力， r表示乍架的体积；H为许用应力。 2．3建立车桨的有限元模型 Hypcrmcsh中利用优化面板定义优化设计×域、I：l标函数丰¨约束条件，为在or·tistruct 中进行拓扑优化选代求解提0#jU提条件。 。．．谚 一 ∥．。． i．．．# =一=孓：：jj—j…；：．=二l：==。牟．-：～·： A珥越--o* ．it也“：_．__一毫_：llm +…P}“I…- · 一一一 。j要擎簿。焉王=霉誊；互j再：哥二霹曩；肆翌囊 ■一’■17一一———=■—i=‘曩川¨…一一=_- _．：j二，搿ji≮!～窆村越·-二￡=二∑I“!’酗 目2汽车车架的订陬n撰’H嘲 2．4拓扑优化 optlstruet内含一个准确快速的有限元求解；l|{}，使川其拓扑优化功能对导入的模型进 行有限元分析和优化，晟后得到拓扑优化后的结构，如图3所示。 尸—●—，r， X 、·■—■■Ik