基于HyperWorks和Isight的商用车车架结构优化

摘要

随着全球性危机：资源短缺和环境污染日渐严重，轻型节能环保车辆成为目前汽车行业的研发热点。汽车车架作为汽车的主要承载结构，是汽车总成的重要组成部分，因此，在满足一定强度和刚度约束下，以轻量化为目标对车架进行结构设计，对汽车减重和节能环保具有重要的意义。
　　本文在对结构优化技术进行研究的基础上，总结了针对汽车车架结构的拓扑优化和尺寸优化技术，并选取轻卡车架作为工程实例对结构优化方法进行验证。本文中结构优化方法采用一种两级优化设计流程，首先第一级采用HyperWorks软件进行拓扑优化，以柔度最小为优化目标，对车架基结构有限元模型应用变密度的SIMP法进行求解，得到了一组拓扑结果，为车架的后续设计提供了方向性指导。
　　然后在拓扑结果和车架设计经验基础上修改并利用CATIA参数化建模，利用AYSYS的APDL命令流实现静力和模态分析过程。第二级采用Isight多学科设计优化软件集成CATIA和ANSYS进行尺寸优化，选取质量最小为优化目标，以最大应力、最大位移和频率为约束条件，应用多岛遗传算法优化了车架横梁的位置和宽度尺寸。
　　最后，在上述拓扑优化和尺寸优化结果的基础上，对最终车架结构进行强度和刚度校核及模态分析，结果显示其强度、刚度能够满足设计要求，且质量达到最小，并具有较好的动态特性，从而验证了本文所开展的结构优化方法的可行性与有效性。

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1. 绪论

1.1课题概述

1.2结构优化研究现状与分析

1.3本文的主要工作与结构

2. 基于HyperWorks的结构拓扑优化

2.1结构拓扑优化简介

2.2基于变密度法的拓扑优化方法

2.3 OptiStruct拓扑优化工具简介

2.4算例测试

2.5本章小结

3. 基于Isight的结构尺寸优化

3.1结构尺寸优化简介

3.2 Isight集成与尺寸优化

3.3 Isight优化算法简介

3.4算例测试

3.5本章小结

4. 商用车车架结构优化应用

4.1商用车车架结构优化方案

4.2车架结构拓扑优化

4.3拓扑优化结果分析与后处理

4.4车架结构尺寸优化

4.5车架结构优化结果分析

4.6本章小结

5. 总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献