文档介绍：Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集
框架车身开发过程中的优化设计
徐中皓
一汽技术中心车身部车身试验室
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Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集
框架车身开发过程中的优化设计
Optimization for Body Frame Design
徐中皓
一汽技术中心车身部车身试验室
摘要:通过有限元计算分析,对框架结构车身的刚度性能和重量进行预评价,以此来满足设计目
标要求。本文讲述了框架结构在降重过程中,采用了拓扑优化及尺寸优化技术,降重效果明显,结
果令人满意。
关键词: 框架车身; 拓扑优化; 尺寸优化
Abstract:In this paper, to meet design requirements, body frame stiffness and performance
have been evaluated with FEA method. Topology and size optimization methods are used to
reduce body frame weight. The results are satisfied.
Key words: Body Frame, Topology Optimization, Size Optimization
1 优化任务来源概述
某吊车驾驶室在开发过程中,受到主机厂家的两个约束要求,其一是吊车在怠速和负荷过程中
驾驶室不能引起共振,如果共振剧烈会影响驾驶员的操纵舒适性操作安全性。如果驾驶员长时间在
受迫振动和振动噪音共同作用的环境下工作,驾驶员会很不舒服并很容易疲劳。其二是主机厂受到
成本约束的要求,单人吊车驾驶室的总重量必须控制在一定范围之内,如果超出规定范围,在成本
合算和销售竞争中将会受到严重影响。
本文主要讲述在此车型的开发过程中,满足厂家提出硬性约束条件的同时,并就 Altair 公司
HyperWorks 软件中卓越的优化功能所起到关键作用,做一些简单论述。
2 目前评价框架车身动态性能的基本方法
车身动态性能评价方法
目前在评价车身性能方面主要有模态法即评价车身动刚度性能的方法,还有频率响应法即评价
车身动强度方面性能的方法,模态法分自由模态法和使用模态法,利用有限元方法可以直观形象地
表现出车身响应的自由模态和使用模态,从而进一步计算出各部件的动态响应,这种手段可以较真
Altair 2009 HyperWorks 技术大会论文集
实地描绘出车身工作的动态过程,为车身动态设计提供有效的理论工具。频率响应法可以直接模拟
振动过程并衡量动态强度是否满足产品的环境使用要求。
自由模态分析的基本理论
对于一个 N 自由度线性定常系统,其运动方程可以写成
〔M〕{X”}+〔C〕{X’}+〔K〕{X}={F} (1)
式中,〔M〕、〔C〕、〔K〕分别为结构质量、组尼和刚度矩阵。{X”}、{X’}、
{X}和{F}分别为系统各点加