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.     

横梁接头形式优化及其在白车身性能提升上的应用

利用MSC/Nastran软件求解了某商用车白车身刚度及灵敏度,获得了关重模块如覆盖件、纵梁、横梁等对白车身弯扭刚度的贡献比,发现横梁模块对扭转刚度的贡献明显偏低,仅为0.79%.对比分析不同横梁接头形式对车身刚度性能的影响,并对接头形式进行了优化.结果表明:改变横梁接头形式对车身扭转刚度的影响明显大于弯曲刚度;采用分段式接头时白车身刚度性能最好;接头优化后横梁模块的扭转刚度贡献比得到了明显的提升,达到4.68%.以某相近车型为例,改进横梁及其接头形式,实现了刚度性能的提升与重量的降低,验证了接头优化对整车刚度性能提升的正确性及通用性,为横梁接头的结构优化设计和整车性能提升提供了较为可靠的理论依据.     

基于单位质量刚度的白车身轻量化研究

在白车身早期设计中,可通过优化各零部件的厚度和形状,达到汽车轻量化的目的．作为白车身重要的性能指标,弯曲刚度、扭转刚度、一阶弯曲模态、一阶扭转模态通常作为早期设计的优化目标,然而这些性能不能量化变量对轻量化的影响,通过将这些性能指标与质量有机结合,提出了可以综合考虑车身各项性能的单位质量刚度（白车身单位质量上的刚度）概念,以用于量化白车身轻量化的程度．将这些单位质量刚度作为目标值,进行灵敏度分析,通过量化各变量对轻量化的影响,选出有利于轻量化的变量,并基于NSGA—II算法,对白车身轻量化进行多目标优化．     

基于全局响应面法的电动轿车白车身多目标优化

文章在分析电动轿车车身结构的基础上,采用HyperWorks软件,建立了某款电动轿车白车身有限元模型,并对其进行了扭转刚度分析、弯曲刚度分析、自由模态分析;在此基础上通过灵敏度分析选出顶盖、前地板、后地板、侧围外板、外挡泥板、后轮罩、地板纵梁的板厚作为优化变量,以一阶模态避开路面对汽车的激励频率(大于25Hz)及扭转刚度满足设计要求为约束,以白车身总质量、弯曲刚度为优化目标,运用全局响应面法进行多目标优化,以获得较好的改进方案。     

纯电动汽车白车身拓扑优化设计及性能验证

基于变密度结构拓扑优化方法,以柔度最小化为目标建立了汽车白车身拓扑优化数学模型。对其白车身结构在静载荷、弯曲载荷,以及扭转载荷工况下分别进行拓扑优化设计,得到相应的最优拓扑结构。通过建立基于优化结果的白车身线框模型对其弯曲和扭转刚度进行验证。数值算例结果证明,拓扑优化方法能够得到具有工程实用价值的纯电动汽车白车身最优结构,在满足车身结构刚度要求的同时实现车身轻量化。     

某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计

以某轿车白车身为研究对象,建立有限元模型,对车身进行动、静态灵敏度分析,以车身结构件的板厚为设计变量,进行车身固有频率、车身扭转和弯曲刚度,以及车身质量对板厚的灵敏度分析,找出对车身动、静态特性影响较大的部件,并根据部件的动、静态灵敏度对车身结构进行优化设计;计算车身质量对其固有频率、扭转和弯曲刚度的贡献率,据此确定最优方案.该方法能够为车身结构动态特性的改进、车身的轻量化和车身结构的优化设计提供重要依据.     

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.     

隐式参数化白车身多目标协同优化设计

利用参数化建模软件SFE-CONCEPT建立了某轿车白车身的参数化模型,用仿真方法分析了白车身的静态弯扭刚度、主要低阶模态频率并与试验对比,再将白车身与动力总成、底盘连接后,对整车正碰性能进行仿真分析,并与试验对比,验证了所建参数化白车身的有效性.由于安全性分析属于非线性分析,传统优化方法通常需要人工介入,无法实现优化流程的全自动化.通过编写批处理文件,提取安全性能指标,实现白车身结构轻量化优化流程的自动化.白车身结构轻量化优化后弯曲刚度提升0.15%,扭转刚度降低0.03%,一阶扭转模态频率提高1.30%,一阶弯曲模态频率提高0.09%,碰撞安全性能基本不变的情况下,白车身质量降低24.17kg,减重率高达7.42%,取得了显著的轻量化效果.      

儒教的家族观与后现代意义

白车身结构显著影响整车性能,而车身框架是车身设计的基础.在某MPV车型概念设计阶段,通过参数化技术,快速将车身主要框架划分为梁和接头结构.分别局部刚化处理49处左右对称结构,分析各结构对扭转刚度、弯曲刚度、后部扭转模态影响的灵敏度.结果表明,D柱下段、顶盖后横梁、下地板后纵梁等结构的单位质量对扭转刚度贡献量超过5%;后地板横梁、前地板后纵梁、后地板纵梁等结构单位质量对弯曲刚度的贡献量超过4%.通过8处灵敏度较高的结构优化和厚度优化,同时对性能影响小的结构减薄、减件,结合工艺改进,实现白车身质量不增加,扭转刚度提高9.0%,弯曲刚度提高4.8%,后扭模态提高2.0%.     

基于梁与接头灵敏度分析的白车身刚度模态优化

白车身结构显著影响整车性能,而车身框架是车身设计的基础.在某MPV车型概念设计阶段,通过参数化技术,快速将车身主要框架划分为梁和接头结构.分别局部刚化处理49处左右对称结构,分析各结构对扭转刚度、弯曲刚度、后部扭转模态影响的灵敏度.结果表明,D柱下段、顶盖后横梁、下地板后纵梁等结构的单位质量对扭转刚度贡献量超过5%;后地板横梁、前地板后纵梁、后地板纵梁等结构单位质量对弯曲刚度的贡献量超过4%.通过8处灵敏度较高的结构优化和厚度优化,同时对性能影响小的结构减薄、减件,结合工艺改进,实现白车身质量不增加,扭转刚度提高9.0%,弯曲刚度提高4.8%,后扭模态提高2.0%.     

基于HyperWorks的某轿车白车身刚度分析及优化

本文以某轿车白车身为研究对象,使用有限元分析软件HyperWorks建立其有限元模型,再对白车身的扭转工况和弯曲工况进行分析,并根据评价指标对该白车身的刚度进行分析评价,得出该轿车白车身的扭转刚度满足国外轿车较高设计要求,但弯曲刚度偏低。然后对白车身进行尺寸优化,优化后虽然扭转刚度有些减小,但增加了弯曲刚度,减小了白车身质量,达到了在白车身轻量化同时尽量少牺牲白车身刚度的目标。     

基于拓扑优化与灵敏度分析的客车车身轻量化研究

文章以某半承载式客车为例,建立车身拓扑优化模型,综合考虑车身弯曲刚度和扭转刚度,进行拓扑优化设计;对拓扑优化后的车身结构进行灵敏度分析,优化车身杆件的厚度,经拓扑优化、灵敏度分析,车身减轻质量362kg,达14.6%,取得良好的轻量化效果。     

基于网格变形技术的车身改型多目标优化

文章结合灵敏度分析理论从汽车白车身中筛选出最佳的形状和厚度设计变量,并运用优化超拉丁立方模型构建在设计空间内均匀分布的样本矩阵,进而对由网格变形商用软件DEP Meshworks/Morpher生成的样本模型进行模拟计算,通过Matlab软件拟合高精度的四阶响应面模型,运用改进的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA_Ⅱ)以改型车白车身扭转刚度提升10%作为约束,以弯曲刚度和车身质量作为目标进行多目标优化。研究表明,通过网格变形技术建立的形状参数和厚度参数并结合相关的优化理论可以有效地实现车身性能的多目标优化,得到的Pareto最优解集可以在汽车改型设计的初期为设计者提供重要的参考依据。     

基于多目标的车身结构静动态参数协同优化

文章建立了某小型休闲车(small recreation vehicle,SRV)车身结构有限元模型,通过数值计算与试验模态的对比分析验证了模型的准确性;对白车身的弯曲、扭转刚度进行分析同时关注车身的低阶模态频率,提出了一种以静态多工况结构刚度和振动频率为目标函数、基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法;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,以平均频率法确定振动频率目标函数,得到了同时满足静态刚度和低阶振动频率要求的白车身的结构拓扑。该文方法实现了静态刚度和低阶振动频率的协同优化,优化结果显示车身刚度和低阶频率值均有所提高,结构更趋于合理。     

基于应变能分析的双目标白车身模态优化

建立某混合动力SUV带挡风玻璃白车身的有限元模型,分析白车身的模态特性,并通过试验模态验证其可靠性。针对未达到35Hz目标值的后部扭转模态,通过改进白车身焊点、结构、板件厚度等步骤进行优化。在板厚优化之前引入模态应变能分析法,缩减模态灵敏度分析样本,提高优化效率。最终,白车身后部扭转模态频率由34.42Hz提升至37.39Hz,而车身质量仅增加0.2%(0.75kg),在实现白车身模态优化目标的同时还尽量减少了车身增重。     

基于灵敏度分析的某纯电动车白车身轻量化研究

纯电动汽车迎来快速发展时期,但限于电池包的质量,电动汽车续航里程的提升存在一定限制.文中以某纯电动汽车白车身为研究对象,建立了基于刚度和模态的灵敏度仿真分析模型,以白车身质量最小为目标,通过计算获得了设计变量对于目标的灵敏度值.基于灵敏度分析结果,结合工程经验,制定出合理的车身轻量化方案,在性能不明显降低的基础上实现白车身减重6.2 kg,为开发过程中进行纯电动汽车车身轻量化提供参考.     

基于自适应响应面法的白车身结构轻量化设计

白车身是汽车的重要组成部分,许多汽车制造业已经把白车身轻量化设计作为重要研究方向之一。如果能对白车身进行轻量化设计,就能达到节能减排的目的。以某白车身为研究对象,基于自适应响应面方法对白车身模型进行优化求解。首先利用有限元法获得白车身的模态、刚度和强度,并通过模态和刚度的灵敏度分析筛选15个钣金件作为变量;利用田口实验进行15因子3水平实验设计,根据田口实验数据创建响应面;然后使用最小二乘回归和移动最小二乘法进行响应面拟合,基于自适应响应面方法对其进行优化求解,并进行仿真实验对比。结果表明,使用本文方法可以将白车身质量减重18.924 kg,减重了4.736 9%,并且利用此方法进行的轻量化设计使得白车身的3个静强度工况的最大应力均有所下降,并在满足刚度和强度条件下,实现了白车身轻量化要求。     

轿车车身刚度优化方法研究

建立了国产某中级轿车车身刚度分析的有限元模型,计算并验证了其静态弯曲特性和扭转特性;结合结构分析软件,推导了板壳结构静态刚度修改灵敏度公式,进而进行了轿车车身扭转挠度关于各零件板厚度的灵敏度计算分析,为轿车车身刚度优化设计提供了依据.     

灵敏度分析的客车车身模块重构与结构轻量化优化设计

提出基于灵敏度分析的车身模块重构设计,结合结构优化方法开展客车车身的轻量化设计.通过车身模块化减少灵敏度分析时的设计维度,并基于各子块厚度对车身扭转刚度的灵敏度系数进行车身的模块重构和结构优化.通过对比优化前后整车的强度,验证该方法对客车车身轻量化设计的可行性.结果表明:该方法使客车车身的质量降低了460 kg,最大应力减少了14.26%,且降低了车身结构优化设计的复杂度.     

某轿车白车身的轻量化设计研究

文章建立了某轿车的白车身有限元分析模型,并根据白车身连接点刚度灵敏度分析,确定了白车身轻量化设计的设计变量;根据白车身自由模态分析,确定了轻量化设计的约束条件,从而建立了白车身轻量化设计的数学模型,通过轻量化设计给出了白车身的优化设计方案.