某小型客车车身骨架轻量化综合优化设计

于保君， 何洪军， 肖永富， 杨少明， 孙立伟， 董 健

(中国第一汽车股份有限公司 研发总院，汽车振动噪声与安全控制综合技术国家重点实验室， 长春 130012)

汽车轻量化可以起到节能减排、保护环境的作用。汽车质量每减小100 kg,每升汽油可多行驶1 km[1]。客车车身质量占客车总质量的 40%～60%[2]。因此，车身轻量化工作极其重要。目前，车身结构轻量化方法主要包括拓扑优化、截面优化、厚度优化等。

目前，客车骨架结构优化一般仅采用一种方法[3-8]，未见综合利用拓扑优化、截面及厚度优化方法；针对客车骨架型材截面尺寸优化，一般采用一维梁单元模型，未见利用二维壳单元模型。本文建立某小型客车车身骨架隐式参数化模型，确认参数化模型精度满足技术要求后，对其侧围骨架进行拓扑优化，寻求局部最优结构；然后基于拓扑优化的壳单元模型，对车身骨架型材的截面尺寸和厚度同时优化，并进行强度校核。最终在满足刚度、强度及模态指标要求前提下，其车身骨架实现减重26.7 kg。

1 小型客车车身骨架轻量化路线

某小型客车车身骨架是由不同截面的矩管铝型材拼焊而成的空间桁架结构，长4 372 mm，宽1 864 mm，高2 115 mm。由于传统有限元模型无法实现型材截面尺寸参数化变更，显式参数化有限元模型虽然可以通过移动网格节点坐标实现截面尺寸变更，但很难实现截面尺寸较大变更和结构间复杂连接关系的更新；而隐式参数化有限元模型可以使用基点位置、基线曲率和截面……