多功能电动车车架的优化设计.pdf

摘要：汽车车架作为汽车总成的重要组成部分，其结构设计在汽车总体设计中至关重要。为进一步合理优化车架的 性能，提高车辆的轻便性和工作效率，文章以某型多功能电动车车架设计为例 ，用ANSYS软件进行优化分析，阐 述 了拓扑优化的设计方法。通过优化 ，提 高了车架的总体性能及材料的利用率。结果表明，该优化设计可以在改 善结构性能的基础上实现材料的最优分布，减轻了结构质量，节省 了设计成本。其方法可广泛应用于承载机构的 优化设计 工程 。 关键词：电动汽车；车架；拓扑优化；设计工程 StructureOptimizationDesignfortheFrameofElectricVehicle Abstract：Framestructuredesign，animportantpartofvehicleassembly，iscrucialinautomotivedesign．InordertO furtheroptimizetheperformanceofLameandtomakethevehiclelighterandmoreefficient，thispaperexpoundsthe topologyoptimizationdesignmethodindetailwithamulti—functionelectricvehicleastheresearchobjectbyadopting ANSYStoanalyze．Theoverallperformanceoftheframeandmaterialutilizationareimprovedbytheoptimization． Thisresultshowsthatthismethodcanacquiretheoptimaldistributionofmaterialwhileimprovingthestructureand propertiesofmaterialsaswellascanreducethestructuralweightandcutdesigncost．Themethodcanalsobewidely appliedtootherbearingstructuraloptimizationdesignprojects． Keywords：Electricvehicle；Frame；Topologyoptimization；Designprojects 汽车车架设计一般过程是在产品设计阶段制定多 拓扑优化又称为外型优化，是一种根据优化 目标、 个设计方案，用简化计算方法或有限元法对车架进行 载荷及约束条件而寻求结构材料最佳分配的优化方 分析，在多个车架设计方案中选出设计较合理 的方案 ， 法，即在设计时寻找承受单载荷或多载荷的物体的最 然后开始试制车架，试制完成后要对车架进行试验， 佳材料分配方案，从而使材料布局更加合理，减轻结 最后到车架定型。早期车架的设计方法 比较少，多以 构质量 。拓扑优化从其物理模型的描述方法上一般分 工程师 的经验为基础。而现代汽车设计工程师多在汽 为变厚度法、均匀化方法和变密度法 】【】。1)变厚度 车结构设计的初始阶段引入拓扑优化方法，而不再是 法：它是尺寸优化方法的直接推广，以单元厚度为设 仅凭经验来设计或修改结构，减少了昂贵的样件生产 计变量，以结果中厚度的分布确定最优拓扑，方法简 和整车测试 的次数 ，充分利用材料 ，提高了产品性能， 单，求解方便，但是它只适用于二维膜结构，不能应 并且大大缩短设计周期和节省产品开发成本 。拓扑优 用于三维连续体；2)均匀化方法：引入微结构，优 化方法近些年来得到了快速发展 ，在航空航天、汽车 化过程 中以微结构的单胞尺寸为设计变量，是一种拓 工业、船舶 、微 电子和新型材料等设计领域得到了广 扑模糊的结构，需要从中抽象出明确的可加工结构， 泛的应用。 存在着一定的局限性；3)变密度法：引入一种假想 1 拓扑优化方法及步骤 的密度可变的材料，以材料的密度为设计变量，以结 1．1拓扑优化方法 果中材料的分布确定最优拓扑，需要对结果进行抽象