1 課題背景

       基于仿真驅動設計的產品開發理念，進行某款白車身的前期方案設計。因為白車身的性能要求包括耐撞性、耐久性及NVH性能，所以在概念設計階段，拓撲優化模型也應該考慮碰撞工況、彎曲剛度和模態工況。對于白車身多工況優化問題，可以利用多工況優化方法或多模型優化方法（MMO）。但是在實際工程應用過程中，對于剛度及模態線性分析工況，可以獲得比較理想拓撲結果，而對于高度非線性的碰撞工況，目前公開文獻中采用的近似靜態載荷法獲得的拓撲路徑解讀性較差。

      因此，如何用有效的靜態工況近似代替碰撞工況，是白車身多工況拓撲優化的關鍵問題。

       本課題提出一種利用場力代替碰撞力的優化方法。通過與其它兩種方法對比發現，該方法不但保留了線性優化的高效性，而且拓撲結果路徑清晰，材料分布合理，容易解讀。通過在實際項目中應用及后期碰撞性能分析，驗證該方法在概念設計階段可以等效替代碰撞工況。

      最終結合多工況拓撲結果，利用solidthinking解讀出車身骨架的概念方案，如下圖。

2 問題描述

基于造型、總布置及base模型，創建白車身的拓撲優化空間，如下圖：

3 優化模型

變量單元：以六面體為主的體單元；數量115萬；

邊界條件：約束前保險杠主點123；

載荷：施加全局-X向重力場；

約束：體積分數＜0.3；

目標：全局應變能最小。

4 正碰拓撲結果

     基于正碰工況下的等效場力法，經優化迭代后拓撲結果如下圖：

5 多工況拓撲優化

工況：靜態載荷約束法（彎曲剛度、扭轉剛度、頂壓）；等效場力法（正碰、偏置碰、側碰、后碰）；

約束：體積分數＜0.3；

目標：利用折中規劃法，將全局應變能最小作為目標。

拓撲結果：

       

6 概念方案

   將拓撲結果導入SolidThinking下的Inspire，利用多邊形建模工具，將載荷傳遞路徑轉化為幾何結構。 

     

結合拓撲結果、仿真經驗和工程實踐，最終完成j基于多性能開發的白車身主要傳力路徑的概念方案設計。

7 課題結論

      1、利用OptiStruct先進的優化工具，采用場力代替碰撞力的拓撲優化方法，即保留了線性優化的高效性，而且拓撲結果路徑清晰，材料分布合理，容易解讀，具有較高的工程應用價值。

     2、Inspire可快速實現拓撲結果轉化，是拓撲方法融入車身結構概念開發中不可或缺的高效工具。