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2018Altair结构仿真与优化技术暨OptiStruct用户大会论文集

白车身扭转刚度分析及拓扑优化

TorsionStiffnessAnalysisandTopology

OptimizationofBodyinWhite

李文彬

（东南（福建）汽车工业有限公司、福建福州、350119）

摘要:白车身（BodyinWhite,BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各

方面的性能直接或间接的影响。本文在已有量产车型基础上，运用HyperMorph工具建

立了轴距加长150mm对应的Morph模型。以Morph模型为研究对象，以扭转工况对应的

柔度最小化为目标，利用OptiStruct软件进行了拓扑优化分析。基于拓扑优化结果，对后地

板横梁加强板、连接板、后围结构进行了形状优化和截面优化，优化后扭转刚度提升了

4.85%，对后续的设计具有一定的指导意义。

关键词:白车身，Morph模型，扭转刚度，OptiStruct，拓扑优化

Abstract:ThetorsionstiffnessoftheBodyinWhite(BIW)isoneoftheimportant

mechanicalpropertiesofthebody,andhasadirectorindcteffectontheperformance

ofallaspectsofthevehicle.Inthispaper,baseheexistingproductionmodels,the

correspondingMorphmodelwith150mmlongerwheelbasewasestablishedbyusing

HyperMorphtool.Then,takingMorphmodelastheresearchobjectandaimingat

minimizingcpliancecorrespondingtotheBIWtorsioncondition,topology

optimizationanalysiswascarriedoutbyusingOptiStructsoftware.Finally,basedonthe

resultsoftopologyoptimization,shapeandsectionoptimizationwerecarriedoutforthe

rearfloorbeamreinforcingplate,connectingplateandtherearframestructure.Asaresult,

thetorsionstiffnessisimprovedby4.85%afteroptimization,whichhascertainguiding

significanceforthesubsequentdesign.

Keywords:BodyinWhite,Morphmodel,torsionstiffness,OptiStruct,topology

optimization

1概述

随着经济的快速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。与此同时，

车辆的安全舒性也引起了汽车生产厂家和消费者的广泛关注。现代轿车车身大都采用

承载式车身设计，车身几乎承受了轿车使用过程中的所有荷载，包括扭转、弯曲、振动以及

碰撞等，因此车身必须拥有足够的刚度和强度来保证整车的使用需求和动态性能需求。BIW

扭转刚度是整车性能重要的指标之一[1]，合理的扭转刚度设计可以避免车身在很多工况下

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发生的可靠性、耐久性、振动及噪音等相关问题，使轿车的整体性能指标得到全面的提高。

在车型概念设计[2]阶段，在满足主要部件的空间布置前提下，对车身进行拓扑优化，找到

最有效的荷载传递路径，将会大大提高车身性能，指导后续的车型设计。

本文基于已有车型的BIW模型，利用HyperMorph得到改款车型的BIW模型，通过

OptiStruct分析了改款车型的扭转刚度。然后，利用OptiStut的拓扑优化功能对扭转刚度

进行了优化分析，从加强件、截面形状等方面对扭度进行了优化，提高了BIW的扭转

刚度，为后续的详细设计提供了一定的参考。

2BIW扭转刚度的数值