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汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

范文杰范子杰苏瑞意

清华大学,北京,100084

摘要:为了研究和的车架拓扑结构,提出了一种结构

的研究方法。基于实体各向同性材料的拓扑优化方法,采用定义

的目标函数,而的目标函数则采用

。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了

单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。

关键词:车架;多目标;拓扑优化;折衷规划

中图分类号:U463.82;TP391.72???文章编号:1004?132X(2008)12?1505?04

ResearchonMulti-objectiveTopologyOptimizationonBusChassisFrame

FanWenjieFanZijieSuRuiyi

TsinghuaUniversity,Beijing,100084

Abstract:Thispaperpresentedamulti-objectivetopologyoptimizationmethodforbuschassis

frame,inwhichboththecomplianceandeigenfrequencieswereregardedasstaticanddynamic

optimizationobjectives.BasedontheSIMP(solidisotropicmaterialwithpenalization)method,

compromiseprogrammingmethodwasadoptedtodefineobjectivesofmulti-objectivetopology

optimizationandmulti-stiffnesstopologyoptimization,meanfrequencymethodwasadoptedtosettle

eigenfrequenciesoffreevibrationoptimization.Thisapproachovercomestheshortcomingofsingle-

objectiveoptimizationmethodswhichcannotsimultaneouslyconsiderotherobjectivesandsuitsto

multi-objectivetopologyoptimizationofcontinuum.

Keywords:chassisframe;multi-objective;topologyoptimization;compromiseprogramming

0?引言

多目标优化方法已经应用于结构的形状优化和尺

寸优化中,但设计变量仅局限于尺寸变量(如截面

结构早期的概念设计过程中,在给定设计目

尺寸、厚度等),它们都存在不能改变结构拓扑的

标和约束的情况下,找到最好、最可能的产品拓扑

缺陷。有关多目标拓扑优化的理论方法研究主要

或材料布局对于新产品的开发是非常重要的。连

有基于均匀化法(homogenizationmethod,HM)

续体结构拓扑优化能在工程结构设计的初始阶段

的简单平面板结构的多目标拓扑优化

[8,9]

,它采

为设计者提供一个概念性设计方案,使结构在布

用将转化为

局上达到最优从而改变了以往的设计、校核、修,

求解该方法优点是实现方便但是对于非凸优化,,

改这样一个不断反复的开发流程。与结构尺寸优

化和形状优化相比,连续体结构拓扑优化能够得

到更大的经济效益,被认为是一个更具有挑战性

的领域,已经成为当今结构设计研究的一个

热点[1,2]。

目前连续体结构的拓扑优化主要集中在单目

标的拓扑优化问题上[3,4],有关车架拓扑优化的

研究也是单个目标的拓扑优化设计[5?7]。然而,在

7]。然而,在

问题来说,不能确保得到所有

而且HM法在求解过程中均匀化弹性张量计算

复杂,且微单元的最佳形状和方向难以确定,优化

变量过多,计算效率低,因此该方法主要用于拓扑

优化理论方面的研究。

车架作为汽车底盘及整车的承载基体