基于拓扑优化的电动汽车白车身优化设计

针对电动汽车的独特承载要求,提出一种结合拓扑优化和车身尺寸优化的优化设计方法.以某型电动汽车为实例,通过建立白车身拓扑优化模型、有限元概念模型、尺寸优化模型和样车制造,进行了从整车拓扑结构到车身梁截面的优化设计过程,实现了电动汽车白车身的正向设计.在优化过程中采用遗传算法,以弯曲刚度和扭转刚度同时作为优化目标,白车身质量最小作为优化约束,选取了灵敏度较高的梁作为变量进行多目标优化.通过与样车参数的比较表明,该方法能够满足设计和工艺要求,实现轻量化设计,对提高白车身设计效率和精度有着重要的意义.     

一种水上电动飞机支撑结构分级优化方法

针对某水上电动飞机浮筒支撑杆稳定性和装备预留空间的问题,分别从拓扑,尺寸,形状3个方面进行分析,设计一种轻量化且有良好气动外形的支撑结构.首先在已有飞机载荷与设计区域大小的情况下,基于拓扑优化方法对支撑架的包络空间进行迭代计算,得到最优传力路径,获取合理的节点位置和杆件连接方式.其次在ANSYS和iSight中采用多岛遗传算法对杆件截面尺寸参数进行联合优化,得到各个截面的最优尺寸,最终获得的结构形式既满足强度要求,且与原结构重量相比减轻了13.6％;最后通过"翼型"整流罩结构的使用减小杆件的阻力值,降低桁架结构对飞机气动性能的影响.新方案旨在为水上飞机支撑架设计提供一种新思路,也为相似的类桁架结构优化提供理论依据和技术支持.     

基于刚度性能优化的比例灵敏度方法研究

文章针对某款微型纯电动汽车扭转刚度不足的问题,在详细参数设计阶段提出了用比例灵敏度方法为基础对白车身结构件进行尺寸优化。首先利用Hyper Mesh软件建立正确的白车身有限元模型,并对其刚度性能进行分析;基于扭转刚度性能提升的需求,在已有灵敏度方法研究的基础上,提出了比例灵敏度变量优选方法;最后建立优化数学模型,以车身质量最小化为目标、扭转刚度性能要求为约束,通过优化白车身薄板件厚度,得到满足性能要求的车身结构。优化后扭转刚度提升了24.56%,验证了比例灵敏度变量优选方法对结构刚度性能提升的有效性。     

某车型水箱下横梁开裂分析研究

针对某车型可靠性试验时发生车身水箱下横梁异常开裂问题,通过多体动力学分析获得车身悬置点载荷并进行有限元分析,对车身水箱下横梁开裂问题进行分析和验证.结果表明水箱下横梁异常开裂是由于下横梁台阶处有应力集中现象,台阶开裂位置的最大应力值为294.2 MPa,选用材料为HC340LAD+Z,屈服的极限为340 MPa,但因高周疲劳（循环次数较多）依然产生破坏,找到开裂原因,并提出结构优化方案,通过道路试验验证,优化后的结构能够满足设计要求.     

“宝的”车与空间不锈钢管车架

"宝的"(英文名称BUDDY,意为"伙伴")是由中外合资嘉兴自立汽车车型研制开发有限公司研制开发的一款出租专用车型。它的最大特点是在车身结构上采用了与传统汽车不同的"不锈钢管车架空间"设计。"不锈钢管车架空间"是自立公司与它的合作伙伴——美国阿莎(ASHA)公司共同开发的专有技术,它除为车身提供了具有足够刚度和强度的支撑外,还具有以下优     

基于试验的车身静态刚度特性研究

车身刚度分析是整车结构分析的基础,对承载式车身结构的车辆而言,车身的静态刚度直接影响了整车的结构刚度,因此车身静态刚度的研究尤为重要。本文按特定的试验方法对多款车型及同一款车型结构修改前后的车身进行静态刚度测试,通过比较分析,得出车身弯曲刚度与扭转刚度的变化趋势。     

一种基于虚拟材料参数的车身刚度匹配设计方法

传统的承载式客车车身普遍存在着左右两侧车身严重不对称,而车身载荷近似对称分布的问题.针对这一问题,本文结合车身左右侧性能互补的设计思想,初步提出一种基于虚拟材料参数的车身刚度匹配设计方法.以某待开发车型为载体展开研究,首先对整车结构进行了左右两侧的模块化分组,并通过调整材料参数给出车身单侧弯曲刚度的计算方法;然后通过对车身左右两侧杆件的结构布置与尺寸参数进行优化调整,对车身左右两侧结构进行性能互补的刚度匹配设计;最后通过分析对比匹配前后的车身各项性能,检验了此设计方法的正确性,并总结了该设计方法的具体流程.     

某微型面包车正面碰撞耐撞性优化

为提高微型面包车型在正面碰撞中的结构耐撞性能,针对GB11551-2014《汽车正面碰撞的乘员保护》的相关技术要求,本文以某量产微型面包车为例分析此类车型车身结构在设计上可规避的弊端,并给出前期总体指导建议。然后运用LS-DYNA软件进行碰撞模拟仿真分析,结合微型面包车的结构特点,并考虑工艺可实施性给出合理的优化方案。通过整车试验验证,此优化方案有效地改善了车身结构耐撞性,碰撞效率值达到55.7%。同时,结果表明为减小乘员舱入侵量和门框变形量,最大限度地保障乘员的逃生空间,微型面包车前端至少应留有450mm的可压缩吸能空间。本文的研究成果可为其它此类结构的车型整车耐撞性开发提供参考。     

回归分析方法在车身结构设计中的应用研究

为研究车身结构对车辆侧碰安全性的影响,提取车身侧面结构作为研究对象,应用拉丁超立方试验设计方法对某款汽车设计了110组侧碰仿真试验,提取了关键位置的车身响应及假人伤害值,建立了车身响应与假人伤害的多元线性回归模型及逐步回归模型,并利用逐步回归模型的等效关系式获得不同位置的车身响应对假人伤害的贡献率,据此对车身侧面结构件进行优化设计。通过试验验证可知,优化后的试验样车满足法规要求,为其他车身侧面结构设计提供参考。     

钢筋混凝土框架的抗震优化设计

本文以梁、柱的截面尺寸为设计变量;以结构重量为目标函数;以梁的变压区高度、轴压比、剪压比(应力约束)和弹塑性层间位移(位移约束)为约束条件,建立了满足现行规范要求的框架抗震优化的数学模型.用复形法求得满足约束条件的结构重量最轻的优化成果.结论为:无论框架的结构和荷载特征如何,在满足应力约束的前提下,只要恰当改变梁或柱的截面尺寸,用复形法即可得到位于位移约束边界上的最优点.     

纯电动汽车车身多目标拓扑优化设计

为解决纯电动汽车车身设计中仍沿用传统车身,未同时考虑碰撞相容性和正面碰撞安全性的问题,基于混合元胞自动机拓扑优化方法,以在约束条件下吸收碰撞能量最大化为优化目标,对车身结构进行多工况概念设计,从而确定出合理的电动汽车车身布局,设计出了一种满足正面碰撞安全性与碰撞相容性的车身头部结构.结合拓扑优化结果进行有限元模型验证与厚度分析,结果表明:2~3mm的汽车头部厚度可在满足正面碰撞安全性条件下平衡碰撞过程中车体结构的纵向错位,保证碰撞力的均匀分布,实现车身轻量化.     

车身后部结构气动性能自动优化及其工程应用

车身后部结构特征对整车的空气动力学性能有重要的影响。为研究车身后部各结构变化对轿车尾部流场的影响规律及各设计变量之间的相关性,并在此基础上对车身后部结构参数进行优化,以提高轿车的空气动力学性能。通过运用网格自适应方法和集成仿真软件STAR CCM+进行试验设计;并建立近似模型探索以整车气动性能为目标的车身后部各结构参数的最佳组合。结果表明:与传统车身优化方法相比,运用网格自适应方法、试验设计方法和近似模型相结合进行车身优化,大幅度减少了车身优化的时间,且优化效果良好。优化车身后部结构参数,能明显改善尾部流场结构,提高整车的气动特性。     

基于灵敏度分析的车身结构优化设计

车身是轿车的关键总成,其结构决定了整车的力学特性,对白车身进行模态分析不仅能考察车身的刚度特性,而且可以对车身结构进行灵敏度及优化分析.文章建立了某轿车白车身有限元模型,考虑了白车身覆盖件板厚对一阶弯曲和扭转模态频率的影响及灵敏度分析,基于灵敏度分析结果抽取对模态频率影响较大的部件进行优化分析,以提高白车身一阶扭转频率为目标进行优化,以增强白车身强度.     

底部结构对高速列车流场及气动优化规律的影响

为了得到底部结构对列车流场及气动阻力优化规律的影响,通过计算流体力学和正交试验设计分析的方法,研究真实复杂车体的底部流动和尾迹特征,得到了复杂车体气动阻力优化规律.结果表明,尾车鼻尖静压系数在底部结构影响下降低了0.06,尾车流动分离提前,两反对称尾涡核间横向距离增大,尾涡间夹角增大.头型概念设计时的拓扑简化车体模型可以作为真实复杂车体的气动阻力优化设计模型,但考虑底部结构使得头车参数优化的极差值减小、尾车参数的优化极差值增大.头车阻力优化重点为转向架周边结构,尾车阻力优化对流线型长度参数更加敏感.     

基于混合遗传算法的高速列车截面变化率优化设计

基于遗传算法和单纯形法构造出了一种混合优化算法,对不同编码方式的算法进行了对比分析。发现混合算法的寻优能力明显优于遗传算法的寻优能力;实数编码的混合算法能够更好的保持种群多样性,在存在多个局部最优解的情况下,比二进制编码的混合算法的寻优能力强。利用构造的基于实数编码的混合算法,结合Hicks-Henne型函数参数化方法和Kriging代理模型,对高速列车的截面变化率进行了减小气动阻力的优化设计,得到了在设计空间内的最优截面变化率;优化后,三辆编组列车的气动阻力减小9.41%,其中,压差阻力减小38.02%,摩擦阻力基本不变,头车气动阻力减小12.55%,尾车气动减小13.98%。     

高速列车底部结构参数对气动阻力作用规律

高速列车的转向架区域是气动减阻研究的重点.通过样条曲线方法建立了高速列车底部结构的7参数化模型,采用计算流体力学及超拉丁立方抽样试验设计方法,研究了底部结构参数对高速列车气动阻力的影响规律.结果表明:底部结构参数对于三车总阻力、头、中、尾各节车气动阻力的影响分别为27%、37%、39%和22%,三车气动阻力对裙板高度、排障器厚度、舱前缘倒角最为敏感.但头、中、尾车影响规律不同于三车,有必要考虑对头、中、尾三车底部结构分别进行气动设计,以达到最优的减阻效果.底部结构参数主要影响列车底部平均流速改变底部结构所受气动阻力,进而影响高速列车气动阻力.     

长大编组高速列车横风气动特性研究

采用定常RANS方法, 对长大编组高速列车的横风气动特性进行分析, 从流场特性和气动力特性两个方面开展研究。结果表明, 横风条件下, 列车表面流动现象非常丰富, 列车首尾流线型存在较多流动分离、再附等现象, 且受横风侧偏角影响较大。在列车背风侧出现两个以上的复杂分离涡系, 从列车头车下部开始, 向列车下游发展并逐渐远离列车车体。分离涡系是列车承受非定常气动力的根源。列车头车是侧向力、滚转力矩最严峻的车厢, 且随着横风侧偏角增大, 侧向力、滚转力矩逐渐增大, 列车行车环境逐渐恶化。     

基于CFD技术的轿车外流场数值模拟及优化

利用CATIA软件建立爱丽舍轿车车身的三维模型,在ANSYSWorkbench软件中建立其有限元模型。导入fluent软件中,采用Realizable志_￡湍流模型,对轿车车身外流场进行数值模拟,得出其风阻系数和升力系数,并根据数值模拟的结果对该款车的外部流场的空气动力学特性进行分析。在此基础上对该车车身外形进行优化设计,减小了风阻系数和升力系数,同时也减弱了轿车尾部的涡流运动,获得较好的空气动力学特性。     

表面粗糙度对塑料车身外流场的影响

以某全塑汽车车身为模型,应用流体力学数值模拟方法研究表面粗糙度对车身空气动力性能的影响。分别对相同外形不同粗糙度的各模型进行分析,比较各模型气动阻力、气动升力、速度场和压力场之间的差异,并分析造成差异的原因。结果表明,适当增加塑料车身表面粗糙度对气动阻力影响不明显,但是可以降低气动升力。此结论也将对金属车身的设计优化起到积极作用,对金属车身表面进行喷砂等处理,适当增大表面粗糙度会使其气动升力减小。     

针对高速列车头车外形设计的风洞侧风试验模型选取方法

为了给高速列车风洞侧风试验的模型选取提供更多的参考依据,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对不同模型以200km/h速度运行时,在不同侧向风速下的气动力和流场结构进行分析.结果表明:相同侧向风速下,不同的高速列车缩比模型对头车的气动力系数影响不大,可以采用更短编组长度的高速列车模型即1.2车模型(头车+0.2节尾车)代替3车联挂模型对头车的气动特性进行风洞试验研究;考虑到尾车结构对头车末端区域的流场结构和压力分布的影响,高速列车风洞侧风试验中,不建议采用更短编组方式的模型.