汽車結(jié)構(gòu)輕量化的方法

時間：2021-10-31作者：英佛會議展覽（上海）有限公司瀏覽：269

1、拓撲優(yōu)化（Topology Optimization）：包括連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化和離散體結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化，前者是從總成的角度，找到有效載荷傳遞路徑、較佳材料分布，提高整體結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計效率；后者是從零部件的角度，局部拓撲，優(yōu)化材料布局，如開孔數(shù)量、大小、位置等。如下兩圖，分別是白車身整體的拓撲優(yōu)化和零部件的拓撲優(yōu)化。

拓撲優(yōu)化的方法有變密度法、水平集法、均勻化法、進化式結(jié)構(gòu)優(yōu)化法、獨立連續(xù)映射法等，常用的軟件是OptiStruct、Genesis等。

2、尺寸優(yōu)化（Size Optimization）：以零部件尺寸參數(shù)為設(shè)計變量，如板材厚度、截面面積等，尋找較優(yōu)設(shè)計參數(shù)的組合。以白車身為例，分析板材厚度、車身截面對碰撞安全與NVH性能的影響，在保證原有結(jié)構(gòu)性能指標的前提下，設(shè)計變量包括截面形狀和板材厚度。如下兩圖，分別是白車身整體料厚優(yōu)化和A柱斷面尺寸優(yōu)化。

尺寸優(yōu)化的方法主要是靈敏度分析，設(shè)計變量可包括彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)等，通過確定在設(shè)計變量中哪個部分對結(jié)構(gòu)響應(yīng)較為敏感，進而獲得較佳的設(shè)計參數(shù)和較關(guān)心部位的靈敏度系數(shù)，再相應(yīng)的進行減薄和加厚處理。

3、形狀優(yōu)化（Shape Optimization）：在不改變現(xiàn)有拓撲模式下，以零部件的幾何外形作為設(shè)計變量進行優(yōu)化。如下圖，在CAE的應(yīng)力分析中，找到應(yīng)力集中點，通過形狀優(yōu)化，起到提升零部件強度的作用。

4、形貌優(yōu)化（Topography Optimization）：以加強筋、凹凸結(jié)構(gòu)的形狀、位置和數(shù)量等為變量，在不顯著增加質(zhì)量的條件下，改善鈑金結(jié)構(gòu)件的剛度及模態(tài)等。

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