白車身結構分析與優化設計
關注創建者：wkd1106 創建時間：2019-09-05
白車身結構分析與優化設計的視頻教程
論文復現—基于變密度法的二維結構熱拓撲優化設計與分析研究
共計11講，目錄及內容簡介如下： 第1講 課程介紹（整個COMOSL的一個課程體系介紹） 第2講 變密度法背景介紹（傳統的結構優化方法無法滿足要求，變密度法為什么出現） 第3講 熱傳導理論講解（推到熱傳導控制方程的最終表達式）、 第4講 變密度法理論講解（如何對導熱系數k構建方程）、 第5講 目標函數及約束理論（已算數平均溫度、幾何平均溫度及溫度梯度最小最為目標，材質百分百作為約束）
￥129 1小時53分鐘 15播放
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白車身結構分析與優化設計的實例教程
5/講師簡介
曹力豐
Hexagon | MSC Software FTI中國區市場拓展經理，資深沖壓工藝工程師，具有17年的沖壓工藝設計和仿真分析經驗，其中有近十年的主機廠沖壓同步工程師經歷，熟悉白車身零件設計開發及其成本構成。
減少原材料浪費降低材料成本，減少設計更改縮短研發周期等，這些降本增效的行為已成為當前工作中的重中之重。
海克斯康工業軟件FTI-FormingSuite作為沖壓行業成本管理優化、早期成形性分析及工藝分析智能解決方案的先行者，具有成熟完善的軟件系統，基于同步工程和DFM的科學方法，建立了一套貫穿零件設計至工藝規劃全過程的鈑金/沖壓件成型性分析評估和材料利用率優化的標準化軟件分析平臺，為全球客戶帶來領先的鈑金件產品設計和成本優化解決方案。
本次直播，將針對鈑金零件影響成本因素、設計源頭優化、材料成本優化、沖壓工藝設計和模具成本計算等方面展開詳細講解，歡迎預約報名！
12月14日 14:00
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直播內容聚焦
?? 鈑金零件影響成本的關鍵因素
?? 設計可制造性分析
?? 鈑金零件材料成本優化
?? 沖壓工藝設計和模具成本計算
?? 批量計算系統
在早期研發設計階段的決策能夠決定70%的產品成本
曹力豐
海克斯康工業軟件技術專家
具有豐富的沖壓分析經驗，熟悉白車身設計開發及成本構成，已完成多個項目的可行性優化分析及降本工作，帶領團隊在多個大型主機廠成功運行RSES解決方案。
展開 1 工程背景
白車身一般有4000-6000個焊點，如何合理地設計焊點的數量及位置，對降低產品成本，提高結構的綜合性能具有重要的意義。近幾年，某些主機廠利用拓撲優化的方法對焊點布局的優化進行了很多研究，并在新產品開發中取得明顯的效果。
2 案例介紹
某款白車身在設計中后期，設計工程師依據結構及工藝經驗，完成焊點布置的設計。到項目的該階段，白車身剛度、模態、安全性能基本滿足設計要求，但項目部要求進一步優化產品成本構成。于是虛擬試驗部將前期對焊點優化的研究技術應用到該車型的設計中。設計部依據仿真優化的結果，將焊點數量由5630降到5248，減少382個焊點，綜合節省成本約40元。焊點優化效果如下圖，其中藍色焊點代表可去除點：
3 模型設置
白車身焊點拓撲優化過程，包括變量定義，約束條件、優化目標等關鍵步驟。
（1）優化分析工況：
①扭轉工況：約束后減震器安裝點全部自由度，前減震器安裝點連線中點Z向平動自由度；前減震器安裝點施加3000N.M。
②彎曲工況：用RBE2抓取各減震器的安裝點，約束各主點的相應自由度；在左右門檻梁對應與B柱中心的位置，用RBE2抓取3*3或2*4個單元格。用RBE2抓取這兩個RBE2的主節點，形成剛連，在最后生成的主節點上施加Z向的-3000N的力。
③模態工況：新建EIGRL卡片，提取10-80Hz范圍內的無約束自然模態頻率。
（2）變量定義
在定義焊點變量前，首先對焊點分區，把不同區域的焊點進行分區管理，同區域的焊點具有相同的顏色，分區效果如圖所示，不同區域的焊點在優化過程中區別控制。
（3）優化約束
彎曲剛度＞設計值；扭轉剛度＞設計值；模態頻率＞設計值。
（4）優化目標：焊點數量最少。
展開 車身鋁型材多以中大型、復雜的分流模寬展模為主，前期的產品截面和擠壓模具結構設計將直接影響擠出型材模具的壽命、型材表面質量和尺寸精度。傳統的鋁擠壓模具以工程師經驗為主導進行設計，并未經仿真分析而直接進行開模，后期在生產線上進行多輪試錯調試，其中不可避免地耗費大量的調試時間和成本[2,3]。
近些年在鋁擠壓行業和汽車研發單位開始逐漸引入擠壓仿真分析軟件對型材產品進行出口流速、應力應變情況及擠出產品形狀和模具壽命進行模擬，從而使產品、工藝及模具設計在最優狀態下進行制作生產，縮短開發周期、降低開發成本和提升產品質量[4]。
本文將以廣汽傳祺某電動車型的中大型復雜多腔體截面門檻梁型材為例， 采用基于任意拉格朗日-歐拉（ALE）有限元法[5-7]的 Inspire Extrude 擠壓仿真分析軟件，對初始模具結構進行擠出過程中分流體和型材出口流速、截面各區域相對出口速度差異百分比、型材擠出變形位移云圖進行仿真模擬和分析。初步分析結果顯示型材擠出流速嚴重不均衡，模具和工藝若不優化，將使后期的調試周期和成本大幅增加。為了在產品開發階段將模具結構調整至最優狀態，本文中基于鋁擠壓熱狀態下的金屬流動分配的最小阻力定律原則，通過分流孔優化、供流槽體大小及工作帶長度等的優化，再次導入優化后的模具進行仿真分析，直至獲取型材截面各區域出口流速趨于均勻的新的優化模具結構。隨后，優化后的模具結構進行生產驗證，結果表明仿真分析結果與實際生產匹配度基本一致，獲得了良好的擠出產品，大大縮短了產品開發周期，降低了模具調試開發成本。
2 產品、模具設計與有限元模型的建立
2.1 產品及其初步模具結構設計
圖 1 所示為某電動車型用門檻梁鋁型材產品信息。圖 1(a)為型材三維視圖，圖 1(b)為型材截面尺寸。
展開 模態分析
本次分析的模態為自由模態，表1為 前八階的固有模態頻率及振型
階次
固有頻率（Hz）
振型
1
35.82
前段局部扭轉
2
37.66
車頂蓋局部振型
3
42.25
一階彎曲振型
4
44.43
一階扭轉振型
5
44.84
尾部局部振型
6
47.44
后地板局部振型
圖17為前六階振型的分析結果云圖。
圖17 前六階模態振型
3.靈敏度分析
優化設計是指尋找一種既可以滿足設計者要求，又能夠降低成本，提高效率的方案。本案例采用以零件板厚為優化設計變量是在不改變原來結構形狀以及零部件狀進的基礎上進行優化較為理想的方案。整車白車身包括幾百個鋼板沖壓件，影響白車身結構的靜、動態性能的變量有很多且十分復雜，直接選取比較困難，因此要對白車身結構進行靈敏度分析，為后面優化設計時選取優化變量提供參考數據。進行靈敏度分析，具體過程如圖18所示：
圖18 靈敏度求解設置步驟
雖然靈敏度分析可以為將來的優化設計縮小變量的選擇范圍，但是本文所分析的白車身仍然有三百多個零部件，如果全部進行靈敏度分析，計算量仍然很大，所以需要對零部件進行相應的篩選。由于本文分析靈敏度以及進行優化均以板件的厚度為變量，那就需要綜合考慮板厚對白車身各項性能以及生產工藝和成本的影響。
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今日16:00，Ansys官方『Ansys 結構輕量化優化設計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓撲優化仿真解決方案，以及輕量化結構設計的工程案例分析，感興趣的下滑預約學習??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓撲優化仿真解決方案
2.輕量化結構設計案例分析
講師：
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展
疲勞斷裂
材料力學的傳統分析方法在面對多維度、多物理場的復雜問題時，往往需要大量的實驗數據支持，并且計算過程繁瑣。而人工智能，特別是深度學習的應用，正在推動材料科學領域的革命。通過將物理學定律與深度學習模型結合，如物理信息神經網絡（PINN），工程師可以實現更為精確的疲勞與斷裂分析。AI技術的引入，不僅使得傳統的疲勞與斷裂分析方法更為高效，而且能夠自動處理非結構化數據，如圖像、傳感器數據等，打破了傳統方法的限制
摘要
本課題利用Altair-OptiStruct拓撲優化分析軟件對兒童座椅內部金屬結構件進行輕量化設計研究，優化后結構布局更合理且質量減輕30%，旨在探索了一種結構優化合理設計和省材減重的方法。
一、研究背景
兒童座椅在進行碰撞測試的法規試驗中，主要通過座椅內部的金屬結構件來承擔的沖擊力，從而保證整椅結構的完好性，達到保護乘員兒童的效果。在座椅的研發階段，結構工程師為了順利通過碰撞測試
精彩直播預告
在當前數字化轉型的浪潮下，各大汽車行業主機廠及零件供應商如何保證行業競爭力并實現持續盈利成為企業發展的首要任務。減少原材料浪費降低材料成本，減少設計更改縮短研發周期等，這些降本增效的行為已成為當前工作中的重中之重。
海克斯康工業軟件FTI-FormingSuite
摘 要：以顯微鏡支架為研究對象，利用NX12.0軟件Nastran模塊對顯微鏡支架部件進行前置處理、理想化幾何體、三維四面體網格劃分等，生成對應的模型。采用有限元分析法研究在靜力情況下支架部件的受力情況，找到結構設計優化點。通過NX Nastran仿真對顯微鏡支架結構建模進行驗證，對顯微鏡支架部件結構強度和剛度進行校核，判斷結構設計的可靠性。依據仿真結果對顯微鏡支架的優化表明，優化后最大綜合應力減小
2017年，最開始本教程的目的是將筆記本上記錄的筆記形成電子文檔，僅包含了部分OptiStruct的優化內容。OptiStruct是非常實用的優化工具，雖然不及某些軟件炫酷，但是貴在實用。
2020年，萌生了匯總優化設計內容的想法，逐步增加了HyperStudy、Inspire、Isight、HyperMorph的內容，注重方法，而不是適用于每種場景。也就是說利用文中的方式，去嘗試解決其他問題
