基于灵敏度分析的车门尺寸和拓扑优化*

胡启国，邓维敏，罗天洪

(重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074)



基于灵敏度分析的车门尺寸和拓扑优化*

胡启国，邓维敏，罗天洪

(重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074)

摘要：为了改善微型车X30的车门在使用过程中振动过大这一问题，利用Hypermesh建立该车车门的有限元模型，并对其进行模态分析。分析结果发现车门的一阶频率偏低，容易与白车身一阶弯曲频率发生共振。因此，基于灵敏度分析方法结合尺寸优化和拓扑优化方法对车门进行以提升车门一阶模态频率为目标的优化设计。首先，对车门各零部件进行质量灵敏度和一阶模态频率灵敏度分析，并定义相对灵敏度值；然后，根据相对灵敏度值结果选择合适的设计变量进行部件厚度的尺寸优化设计；最后，基于变密度法对相对灵敏值最大的部件进行拓扑优化，根据优化结果对该部件有限元模型进行修改。结果表明，在车门质量减少4.5%的情况下，车门一阶模态频率提高8.9%，有效地改善了车门的振动情况。

关键词：车门；模态分析；灵敏度分析；尺寸优化；拓扑优化

0引言

车门是车身上一个重要的覆盖件，主要由壳体、附件及内饰板等组成。其中，壳体主要是由外板和内板等部件通过粘胶、焊接、包边等工艺连接而成[1]。汽车在行驶过程中会受到各种外界激励的影响，如果车门与某一频率发生共振，就可能会对车门自身结构产生影响。基于此，本文以微型车车门为研究对象，首先对其进行模态分析，然后通过灵敏度分析选择合适的设计变量进行尺寸和拓扑的双重优化，从而改善车门的一阶频率，为车门轻量化及车门动态特性研究提供一定的参考。……