基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计

陈东 赵永宏 侯文彬 汪芳胜 李晓龙

摘要：为获得最优的初始设计方案，在车身概念设计阶段对车身结构进行拓扑优化。车身结构性能指标综合考虑整体刚度、局部动态刚度和碰撞性能，采用多模型优化（multi model optimization， MMO）方法解决此类复杂工况的拓扑优化问题，通过调节设计空间和设置参数，获得车身最优载荷路径。根据拓扑优化结果初步形成车身框架结构，可为后期详细设计提供参考。

关键词：

车身; 结构设计; 概念设计; 多模型; 拓扑优化

中图分类号：U463.821; TB115.1

文献标志码：B

Conceptual design of car body structure based on

multi model topology optimization method

CHEN Dong1， ZHAO Yonghong1， HOU Wenbin2，

WANG Fangsheng1， LI Xiaolong1

（

1. Automotive Research & Development Center， Guangzhou Automobile Group Co.， Ltd.， Guangzhou 511434， China;

2. School of Automotive Engineering， Dalian University of Technology， Dalian 116024， Liaoning， China）

Abstract：

To obtain the optimal initial design scheme， the topology optimization of the car body structure is carried out at the conceptual design stage. The body overall stiffness， local dynamic stiffness and collision performance are considered comprehensively as the performance index of the car body structure. The multi model optimization（MMO） is proposed to solve the topology optimization problem on so complex conditions. By adjusting the design space and the setting parameters， the optimal load path of the car body is obtained. According to the topology optimization results， a preliminary car body frame structure is formed， which can provide reference for the later detailed design.

Key words：

car body; structure design; conceptual design; multi model; topology optimization

0 引 言

车身概念设计是车身设计的重要阶段，约决定车身整体成本的70%[1]。同时，概念设计阶段一般约束比较少，车身结构设计具有最大的灵活性，因此使用拓扑优化产生创新的概念设计，可以最大程度获得更高效、更轻巧、更新颖的结构设计方案，最大程度地提高材料的利用率。FUKUSHIMA等[2]最早将拓扑优化方法引入车身结构设计中，提出一种多领域、多步骤的拓扑优化方法。雷正保等[3]针对传统分散拓扑优化不能获得整体性能最优结果的缺陷，提出一种整体拓扑优化策略，并运用到纯电动汽车车身概念优化设计中。高云凯等[4]研究载荷约束对车身拓扑优化结果的影响，在正碰工况下采用约束释放和单点约束作为碰撞分析模型，对比研究整车拓扑优化的异同;李顺利等[5]将无网格法的优势集成到结构拓扑优化中，基于无网格局部Petrov Galerkin法进行车身板结构的拓扑优化。

车身的结构性能主要包括整体刚度、NVH和抗撞性能。……