基于Optistruct的全塑汽车前端模块拓扑优化设计

阚洪贵，唐程光，李铁柱

基于Optistruct的全塑汽车前端模块拓扑优化设计

阚洪贵，唐程光，李铁柱

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

塑料前端模块技术是关键汽车轻量化技术的之一。文章针对某车型全塑前端模块结构，通过采用拓扑优化的方法，并结合折衷算法展开多目标的拓扑优化设计，得到全塑前端模块的最优化拓扑结构。最终通过仿真分析验证，优化后的前端模块在满足设计目标的前提下实现轻量化。

拓扑优化；前端模块；轻量化；仿真分析

CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)16-99-04

引言

汽车轻量化是解决“节能”、“安全”、“环保”的最有效手段之一。研究表明，汽车每降低100 kg，可节省燃油0.3～0.5 L/100km，可减少二氧化碳排放8～11 kg/100km[1]。随着材料科学技术的进步，“以塑代钢”技术在汽车上应用越来越广泛，汽车前端结构的塑料化是“以塑代钢”技术在汽车的应用的典型案例。

汽车前端结构在行业内通常称为前端模块。目前，汽车行业内的前端模块根据材质划分为金属骨架、混合骨架、组合骨架、纯塑骨架四大类。其中，纯注塑骨架又可称之为全塑前端模块，其轻量化优势最为明显，但由于全塑结构，要达到足够的结构强度，需要在材料和结构进行考虑，往往需要选用性能更好的材料和需要一定的空间做加强结构[2]。

本文针对某车型的前端钢制结构，提取前端模块的性能指标，采用拓扑优化方法完成前端模块的拓扑结构设计，基于此拓扑结构的前端模块在性能不降低的前提下相对优化前全塑前端模块实现重量降低约5.7%，相对传统钢制前段结构实现重量降低约38.7%，最终通过仿真验证了改进方案的有效性。……