PA054_基于MSC汽车蓄电池支架模态分析及结构拓扑优化-郭维清 -（已审阅）.pdfVIP

基于MSC 汽车蓄电池支架模态分析及结构拓扑优化 Modal Analysis and Topology Optimization of Vehicle Battery Bracket based on MSC 郭维清 李翠霞 崔保石 （长安汽车北京研究院、北京、102209 ） 摘要：为实现蓄电池支架轻量化的目的，本文应用MSC.Nastran 软件，通过CAE 分析方法 求得蓄电池支架一阶模态振型，并针对模态结果较低的问题，提出有效的模态提升方案；然 后通过结构拓扑优化方法，优化蓄电池支架结构，使其满足汽车轻量化设计要求。最终设计 的汽车蓄电池支架可以很好地实现蓄电池支架的轻量化设计，且经CAE 分析验证，新设计的 蓄电池支架结构满足刚度设计要求。 关键词： 汽车蓄电池支架；模态分析；拓扑优化; 轻量化设计；MSC Abstract: In order to realize lightweight of vehicle, this paper used MSC.Nastran to obtain the first order vibration mode of battery bracket by the CAE analysis method, and proposed the effective optimization measures on the lower modal results; And optimized vehicle battery bracket through structural topology optimization method meet the requirements of lightweight design. The final vehicle battery bracket achieved vehicle lightweight design well, and new design battery bracket has been tested meeting the rigidity design requirements by CAE analysis method. Key words: vehicle battery bracket; modal analysis; topology optimization; lightweight design; MSC 1 前言 目前，在全球参与节能减排的大背景下，轻量化已然成为汽车发展的重要趋势之一。汽 车轻量化技术发展至今，结构优化设计是实现车身结构轻量化的主要途径。汽车轻量化对于 整车质量降低，提高燃油效率有十分重要的意义；此外，轻量化对于提高汽车的操控性、安 [1] 全性、舒适性也有较大影响 。在这个汽车突飞猛进的时代，汽车轻量化已经成为汽车产业的 一项重要研究课题。 蓄电池支架作为整车系统中的一个重要子系统，合理设计其结构和强度能够保障蓄电池 及附属电子元器件的正常工作，对整车在行驶过程中的舒适性和安全性有着重要的作用。蓄 1 电池与白车身车架的装配是通过蓄电池支架进行连接，因此蓄电池支架的结构设计、刚度等 [2] 对蓄电池的使用寿命及维修方便性具有非常重要的意义 。 本文首先建立某汽车蓄电池支架有限元模型，应用MSC.Nastran软件对支架进行模态分 析，求得蓄电池支架一阶模态振型，并对蓄电池支架结构进行拓扑优化，根据结构拓扑优化 结果，对蓄电池支架结构重新设计，最终设计的汽车蓄电池支架可以很好地实现蓄电池支架 的轻量化设计，减少材料用量和蓄电池总成重量，使结构材料达到最大使用程度；并且经CAE 分析验证，新设计的蓄电池支架结构满足刚度设计要求；该蓄电池支架结构简单美观，拆装 方便，通用性强，在汽车工程上，具有很大的利用价值。 2 汽车蓄电池支架模态分析 2.1 汽车蓄电池支架有限元建模 蓄电池支架结构包括连接在汽车前纵梁上的支架本体、一个用于支撑蓄电池的托架和两 个用于固定蓄电池箱体的侧档板。