某SUV车架结构拓扑优化设计

论文摘要

面对近年来国内持续火爆的汽车市场与国家越来越严厉的节能减排政策要求,如何能在最短的时间内推出重量轻、燃油消耗少且安全高效的汽车新产品,已成为各汽车生产厂家提升自身核心竞争力首要解决的难题。而对于非承载式车身结构,车架无论体积或质量都是其最大的核心零件之一,因此降低车架质量对汽车轻量化来说会起到显著的效果。本文以国内某汽车企业某型SUV为例,对其车架进行基于Optistruct软件的拓扑优化设计。本文首先对拓扑优化理论进行了深入研究;通过Hypermesh前处理平台将车架CAD模型转化为CAE模型,并建立了拓扑模型;通过建立应变能最小拓扑优化的数学基础模型,分析并选择合适的拓扑优化参数;根据折衷规划法建立了静态多工况拓扑优化函数,针对汽车使用情况选择了合适的工况权重因子,最终得到类似于X形车架的拓扑优化结果。根据拓扑优化结果,建立了改进后的车架几何模型和有限元模型,计算了改进后车架的弯曲和扭转刚度,与原车架相比,弯曲刚度略有降低,但在工程许可范围内,扭转刚度提高了48%,重量减轻了16.8%。改进后的车架相比原车架在结构上有很大改进,且不用对原车身、悬架、传动系统结构做较大调整,因此对进行车架概念设计的设计人员来说具有一定参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 结构拓扑优化的研究发展历程
• 1.2.1 发展历程
• 1.2.2 国外关于拓扑优化技术在汽车领域的研究现状
• 1.2.3 国内关于拓扑优化技术在汽车领域的研究现状
• 1.3 课题研究内容和意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 选题意义
• 第2章 基于OPTISTRUCT 的优化相关知识
• 2.1 HYPERWORKS 软件包简介
• 2.2 OPTISTRUCT 结构优化技术
• 2.2.1 ODDP 优化驱动的产品设计流程
• 2.2.2 结构优化设计简介
• 2.2.3 Optistruct 优化设计的数学基础
• 2.3 拓扑优化
• 2.3.1 拓扑优化的设计变量
• 2.3.2 拓扑优化的控制参数
• 2.4 本章小结
• 第3章 建立车架拓扑优化模型
• 3.1 建立车架有限元模型
• 3.1.1 原车架的CAD 模型
• 3.1.2 将CAD 模型转化为CAE 模型
• 3.2 建立优化模型
• 3.2.1 划分优化空间
• 3.2.2 建立载荷边界条件
• 3.2.3 建立优化数学模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 拓扑优化过程及结果分析
• 4.1 静态单工况刚度拓扑优化
• 4.1.1 工况的选择
• 4.1.2 拓扑优化参数的选择
• 4.1.3 各工况下优化过程
• 4.2 静态多工况刚度拓扑优化结果
• 4.2.1 多目标函数最优化数学模型
• 4.2.2 优化结果的选择及分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 与原车架模型对比结果
• 5.1 建立规整后的新车架CAD 模型
• 5.2 建立新车架有限元模型
• 5.3 新车架的扭转刚度分析
• 5.4 新车架的弯曲刚度分析
• 5.5 新车架与原车架性能对比
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介