汽车结构轻量化的方法

时间：2021-10-31

1、拓扑优化（Topology Optimization）：包括连续体结构拓扑优化和离散体结构拓扑优化，前者是从总成的角度，找到有效载荷传递路径、较佳材料分布，提高整体结构性能和结构设计效率；后者是从零部件的角度，局部拓扑，优化材料布局，如开孔数量、大小、位置等。如下两图，分别是白车身整体的拓扑优化和零部件的拓扑优化。

拓扑优化的方法有变密度法、水平集法、均匀化法、进化式结构优化法、独立连续映射法等，常用的软件是OptiStruct、Genesis等。

2、尺寸优化（Size Optimization）：以零部件尺寸参数为设计变量，如板材厚度、截面面积等，寻找较优设计参数的组合。以白车身为例，分析板材厚度、车身截面对碰撞安全与NVH性能的影响，在保证原有结构性能指标的前提下，设计变量包括截面形状和板材厚度。如下两图，分别是白车身整体料厚优化和A柱断面尺寸优化。

尺寸优化的方法主要是灵敏度分析，设计变量可包括弯曲刚度、扭转刚度、模态等，通过确定在设计变量中哪个部分对结构响应较为敏感，进而获得较佳的设计参数和较关心部位的灵敏度系数，再相应的进行减薄和加厚处理。

3、形状优化（Shape Optimization）：在不改变现有拓扑模式下，以零部件的几何外形作为设计变量进行优化。如下图，在CAE的应力分析中，找到应力集中点，通过形状优化，起到提升零部件强度的作用。

4、形貌优化（Topography Optimization）：以加强筋、凹凸结构的形状、位置和数量等为变量，在不显著增加质量的条件下，改善钣金结构件的刚度及模态等。

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