文档介绍：Altair2009 HyperWorks 技术大会论文集

OptiStruct 结构优化方法及其在车体结构轻量化设计
上的应用

芮强王红岩方剑

装甲兵工程学院

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Altair2009 HyperWorks 技术大会论文集
OptiStruct 结构优化方法及其在车体结构轻量化设计
上的应用
Structure Optimization Methods of OptiStruct
and its Application on Lightweight Design of Vehicle
Body

芮强王红岩方剑
(装甲兵工程学院)

摘要: 在综述了结构优化设计方法及其在车辆结构设计中的应用现状基础上,将 OptiStruct 软
件强大的结构优化功能应用于车体结构的轻量化设计,针对车体的复杂承载结构特点,分为概念优
化设计、局部优化设计及详细优化设计 3 个阶段,采用了承载结构拓扑优化、表面板壳结构形貌优
化及局部的形状及尺寸优化等优化设计手段对车体进行了结构优化设计,为相同类型结构部件的结
构优化及轻量化设计提供了设计思路。
关键词: 车体结构,结构优化设计,轻量化,OptiStruct
Abstract: Firstly, structure optimization methods and its application status on structure design of
ponents are summarized. Then, the structure optimization design software- OptiStruct
is applied on lightweight design of vehicle body. According plicated structural
characteristics of vehicle bodies, the lightweight design of vehicle body is divided into three stages,
namely conceptual optimization design, local optimization design and particular optimization
design. The methods of topology optimization, topography optimization, shape and size
optimization are applied synthetically on the frameworks and surface shells of vehicle body. At last,
the research brings forward an effective approach for lightweight design of similar types of
structures.
Key words: Vehicle Body, Structure Optimization Design, Lightweight Design, OptiStruct

1 引言
车体结构轻量化的途径主要有两种,一种是从新材料入手,广泛采用轻金属或现代复合材料等
低密度材料作为原料,以达到减重的目的;二是从优化设计入手,对现有钢结构进行优化设计,在
保证承载能力和可靠性的前提下减轻其质量。前者轻量化效果明显,减重幅度比较大,但存在研发
成本高、工艺复杂等问题;后者成本低、容易实现,如果方法得当,也能得到良好的轻量化效果。
车体结构轻量化的目的是在不改变材料且不牺牲任何刚强度特性及动态特性的前提下实现车体结构
质量的最小化。

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Altair2009 HyperWorks 技术大会论文集
2 结构优化设计方法概述
结构优化类型
按照设计变量类型和优化层次,结构优化可以分为截面尺寸优化、形状优化和拓扑优化[1]。从
其发展的历程而言,优化技术也是按照这个顺序由低向高进化的。结构优化设计的早期研究主要集
中于截面尺寸优化问题。例如,寻找一个桁架单元最佳的横截面尺寸,或者一个平板结构的最佳厚
度。截面尺寸优化是结构优化设计中最早开展研究的领域也是发展相对成熟的领域,它以截面尺寸
为设计变量,通过寻