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微型电动车车架优化设计研究 口扶原放-t： 口金达锋1 口乔蔚炜1 1．清华大学汽车工程系汽车安全与节能国家重点实验室北京 100084 2．吉林大学汽车工程学院长春130022 摘要：依据车架结构的受力特性及其材料的性能要求，建立了优化数学模型。考虑了多种行驶工况的冲击裁荷对 车架的破坏作用，采用有限元和结构拓扑优化设计相结合的方法，对车架进行了结构优化分析，并以满足各总成的布置和 实际行驶要求对车架结构进行了全新设计。对新设计车架进行了刚、强度校核及模态振型分析。实际使用情况表明，该车 架设计合理。说明拓扑优化设计的方法对车架结构设计的有效性和可行性，为结构优化设计提供了一种思路。 关键词：微型电动车车架拓扑优化有限元 结构优化 中图分类号：U463．32 文献标识码：A 结构拓扑优化是根据约束、载荷及优化目标而寻 1．1拓扑优化测度 求结构材料最佳分配的优化方法，应用在产品开发的 在多工况优化中，由于载荷大小的悬殊，可能会引 初始阶段。拓扑优化技术作为以提高结构性能或减轻 起载荷奇异现象，即：按小载荷的单元灵敏度准则，会 结构质量为目标的一种新兴结构设计方法，目前已在 优化出粗壮的结构；按大载荷的灵敏度，会将小载荷作 国外汽车行业得到广泛的应用fl·”。随着商业有限元分 用的单元误删的情况‘3·“。常用的处理方式是将优化过 析软件及商品化结构优化软件在国内的逐步普及，拓 扑优化技术在国内汽车工业上的应用也逐渐展开。本 一层优化的结果保持不变。当载荷212况较多时，这样无 文结合某微型电动车设计开发，运用有限元和拓扑优 疑增加了优化的计算量。这里采用归一化的无量纲作 化方法实现了其车架优化设计，考虑了多种行驶工况 为决定单元是否删除的测度。 一 的冲击载荷对车架的破坏作用，对新设计车架进行了 l二 si-÷乞【毋／max(E]．，，如，…，毋)】 (1) 刚强度校核及模态振型分析，车架优化结果为类似结 。』。1 构的拓扑优化设计提供了参考。 S={5l，s2，…，s。} (2) 式中：厅和c分别为单元数和载荷工况数；蜀为第，种 1拓扑优化问题描述 工况下第i个单元的应变能密度灵敏度；max(屡，，既， 依据微型电动车车架结构的受力特性及其材料的 …，晶)为第门降工况下最大单元应变能密度灵敏度， 性能要求，此优化问题需要同时满足车架的刚度和频 它们的比值取值在0至1之间的无量纲数，无论载荷大 率的要求，因此在拓扑优化过程中需要分别考虑。 小，单元的作用指标都是一样的㈤是第i个单元C种 收稿日期：2008年6fl 工况的混合测度，它的取值也在0至1之间；s为”·‰ 曰——两环管间的距离 符合外压容器的设计要求。 ^——板壳厚度 参考文献 计算后得： 【1】张康达，洪起超．压力容器手册【M】．北京：劳动人事出版 MPa Fo，=0．248 社，1987． 因而F。，F=0．09MPa 【2】梁炳文编．弹塑性稳定理论【M】．上海：上海科学技术出版 根据以上各步骤计算，得出结论：蒸发器罐体在其