车身骨架结构拓扑优化设计综述

论述了车身骨架拓扑优化的过程和几种车身骨架拓扑优化的处理方法,提出了车身骨架拓扑优化在理论研究、实际应用、拓展研究和软件研究等方面的研究方向。

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车身骨架结构拓扑优化设计综述周星亮黄妙华

(汉理工大学汽车工程学院 )武摘要

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论述了车身骨架拓扑优化的过程和几种车身骨架拓扑优化的处理方法，出了车身提 骨架拓扑优化在理论研究、际应用、实拓展研究和软件研究等方面的研究方向。关键词：车身骨架拓扑优化优化设计

现代汽车工程师认为，应该在车身结构设计的初始阶段引入拓扑优化理论，而不是仅凭经验来设计或改造结构。这种优化设计属于概念性设计范畴，具体到汽车车身设计方面，目的是在考虑各种可其能出现的危险工况下，根据不同的约束限制条件，在

个连续体的设计空间中确定出车身主要承载结构件的最佳布局。国内已陆续开展了这方面的理论研一

究及工程应用分析工作。

1拓扑优化方法简介 拓扑优化是在一定空间区域 (骨架结构或连续体)内寻求材料最合理分布的一种优化方法，它是一个迭代的过程。预先定义的某种材料分布开始 (从如均匀分布)一次迭代包含有限元分析、敏度计算，每灵和修改材料分布 3个子步骤。在多次迭代后( 2通常 O次以下 )料分布趋于稳定，化即结束。对于连续，材优空间问题，用现有商业软件通常能得到材料 0 1使—分布或接近 0 1—分布的设计结果。骨架结构的拓扑优化的结果可直接用于设计，而连续体问题往往需要进一步的处理，需要软件和设计者的共同努力。拓扑优化由以下 5个步骤组成：准备工作、拓扑优化、 结果后置处理、非参数化形状优化和 C D建模。也 A可能由于需要修改参数等原因，而对某一步或整个过程进行反复迭代。车身骨架拓扑优化的基本过程如图 1所示。图 1

2车身骨架拓扑优化方法21车架结构离散拓扑优化 .

结构拓扑优化分为连续结构拓扑优化和离散结构拓扑优化，这两种方法都是在初始结构基础上进行拓扑优化设计。续结构拓扑优化适应性较广，连

可以从任意初始结构出发开始优化，但优化结果难以转化为实用的工程结构，特别是对于车架这种由异形截面构成的结构而言，要进行成功的转化就更

加困难。离散结构拓扑优化

的计算量较小，根据优化结果可直接得到实用工程结构，但初始结构的选择对优化结果有较大影响，选择合适的初始结构往往较为困难。常见的车架有边梁式和周边式结构，其拓扑结构特征主要表现为纵横梁间的连接关系和横

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