基于结构优化的某车型发动机罩轻量化设计.docx
|应用技术|
企业科技与发展
2015年第18期（总第406期）
基于结构优化的某车型发动机罩轻量化设计
潘磊1，陆日进2，陈少伟2
（1．江铃控股有限公司，江西南昌330052；2．湖大艾盛汽车技术开发有限公司，湖南长沙410082）
【摘要】当前，轻量化设计已经成为汽车技术发展非常重要的研究课题。结构优化技术的应用在汽车零部件结构
优化和轻量化设计、车身结构设计中有着十分重要的现实意义。文章基于HyperWorks的结构优化技术，对某车
型发罩内板进行结构优化。使用Hypermesh建立有限元模型，并对比优化前后的仿真性能。结果显示，在减轻
1.35kg的同时，刚度性能均有一定的提升。
【关键词】轻量化；结构优化；发罩内板；有限元
【中图分类号】U462.3【文献标识码】A【文章编号】1674-0688（2015）18-0024-04
1引言2结构优化方法概述
近年来，全球汽车制造业竞争愈发激烈，政府出台了一系结构优化设计就是设计最简单最轻便的结构来满足实际工
列政策、法规，大力倡导节能减排，这些因素促使道路运输车况下的结构性能。结构优化包括拓扑优化、形貌优化、形状优
辆，出现了轻量化的设计趋势。同时，迫于激烈的市场竞争、化、尺寸优化。
原材料价格上涨的压力，为降低整车成本、降低整车质量，进拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。拓扑优
而降低车辆使用油耗，产品轻量化将成为汽车企业自身发展的化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配
需要和应尽的社会责任。汽车轻量化设计就是在满足各项性能方案。这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。研
约束条件下，减轻汽车自身的重量，以达到节能、减排、安究领域主要分为连续体拓扑优化和离散结构拓扑优化。续体
全、舒适的综合目标。同时，汽车本身的成本不能明显提高，拓扑优化是把优化空间的材料离散成有限个单元（壳单元或
以免增加客户的经济负担。现代汽车的轻量化技术和方法归纳者体单元），离散结构拓扑优化是在设计空间内建立一个由有
起来，主要有以下几种途径：①结构设计与优化，包括模块化限个梁单元组成的基结构，然后根据算法确定设计空间内单
集成设计，结构优化分析及板厚减薄优化，使在不影响汽车使元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑方案，从而实
用性能的前提下，实现部件的薄壁化、中空化、小型化及复合现拓扑优化。
化。②新型轻质材料应用，如新型的高强度钢及合金钢、铝形貌优化主要应用于薄板形状结构中，主要是寻找最优的
合金、镁合金、非金属复合材料、塑料以及橡胶等。③改进筋的分布，适合钣金型材的冲压设计。薄板钣金件的加强筋的
现有的加工工艺，优化生产工艺。④改进传统的连接方式，优化布置就是形貌优化的一个重要应用。
减少零件数量，主要包括连接所用材料、连接的方式以及连形状优化是工程设计人员对模型在一定的形状基础上进行
接结构等。在众多轻量化技术中，结构优化分析方法既能实的一种细节上的改进。其主要目的是通过改变模型的某些形状
现轻量化，也能节约成本。同时，计算机软硬件技术和有限参数（几何特性的形状）后达到改变模型的力学性能以满足结
元法的发展，成为解决复杂工程问题的关键方法，从而避免构性能的某些具体要求。在形状优化中，优化问题是通过修改
了传统的依靠经验或试验的优化方法的盲目性。结构优化设结构的几何边界来实现的。常用的形状优化设计方法是将控制
计手段越发成熟地应用于产品设计，通过结构优化，能够缩某些几何边界的点的几何信息作为设计变量，由这些控制点构
短新产品开发周期，减少开发成本，提高产品性能。基于以成结构边界，通过改变设计量来改变结构的几何边界，最终是
上优点，结构优化技术在国内外实际工程轻量化设计中得到目标函数得到最优解，得到改变的结构形状。
了广泛的运用。尺寸优化一般都是通过体积、强度、刚度、模态等优化目
本文将介绍通过结构优化方法，对某车型发动机罩进行优
化，在各项力学性能不降低的同时，尽可能地降低质量，从而
实现发动机罩轻量化设计。
标，以厚度、面积等尺寸作为变量进行优化。尺寸优化一般出
现在设计的最后阶段，在其他优化完成以后或者说性能基本满
足要求下进行的一种优化。
【作者简介】潘磊，江铃控股有限公司研发中心总体设计室经理。
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2015年第18期（总第406期）企业科技与发展
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2.1结构优化数学模型
（3）设置工况。根据分析标准设置相应的工况，计算结构
在初始状态下的力学性能等。用结构优化解决工程问题时，应当通过建立合适的数学模
（4）定义设计空间，设计目标以及约束条件。其中设