汽車結構優化的案例
【技術帖】新能源汽車結構優化輕量化關鍵工藝分析
在新能源汽車制造生產中常用制造門檻梁、車門窗框、防撞梁等。
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新能源汽車結構優化設計方法
實現新能源汽車輕量化主要有三個途徑：使用材料、生產工藝和優化汽車結構。通常情況下優化汽車結構，可通過減少材料和車重實現安全和性能要求。通過優化車身結構實現汽車輕量化是目前最為有效的途徑。其中減少汽車車身、減少車架重量是減少汽車總重量的主要途徑。此外，優化新能源汽車結構設計還從逆變器小型化、驅動電機小型化等方面進行考慮。逆變器小型化通過縮減體積大小，減少能量損害，從而減少發熱損失。驅動電機小型化通過縮短線圈、降低線圈材料使用等方式，提高線圈利用率。
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結語
綜上所述，在社會經濟發展中，汽車已經成為人們生活中必不可少的出行工具。隨著汽車數量逐漸增多，對環境造成的惡劣影響，讓人們不得不重視環境保護意識。因此在汽車行業發展中，汽車輕量化已成為未來發展趨勢，只有不斷完善輕量化體系、提升對輕量化材料認知，才能推進汽車輕量化發展。
展開 專用汽車結構拓撲優化設計及強度分析
專用汽車結構拓撲優化設計及強度分析
專用汽車結構拓撲優化設計及強度的分析.part1.rar
專用汽車結構拓撲優化設計及強度的分析.part2.rar
基于Altair inspire的一種汽車踏板結構優化
目標函數：體積變化會影響連接結構的剛度，在優化過程中要保持結構剛度最大，在此分析中使柔度最小以達到剛度最大的目的。約束條件：保留其體積的30％，使其最大成員尺寸為12.357mm，最小成員尺寸為6.1785mm， 并且在優化的過程中使其全局應力不超過350MPa。綜合以上三要素，得到如下優化模型：
1.3 結論
對貨車尾部腳踏板的結構進行有限元分析，在拓撲優化分析程序中對腳踏板結構進行拓撲優化分析，獲得最優化的腳踏板鏈接結構。最后對優化后的腳踏板進行驗證分析結果表明優化后的腳踏板連接結構合理，質量更輕，剛度更大，節約了原材料的使用，降低設計開發周期和經濟成本，為后期對結構拓撲優化在汽車生產制造中的進一步應用提供了一定的理論支持。
展開 汽車輪轂結構的拓撲優化
汽車輪轂結構的拓撲優化
梁言（北京工業大學機械工程與應用電子技術學院，100124）
摘要 本報告基于Hyperworks軟件中的Optistruct模塊，對汽車輪轂進行了拓撲優化，在對行駛中的汽車進行受力分析的基礎上，簡化了力學模型，對拓撲優化模型添加了模式組約束，得到了具有對稱結構的優化結果，結果具有一定的參考價值。
關鍵詞：拓撲優化；變密度法；汽車輪轂。
一、 引言
環境和資源問題已成為世界各國所關注的焦點，為了降低材料損耗、節省能源，汽車將向著輕量化的方向發展。輪毅作為汽車重要的安全部件，其結構的優化設計不僅關乎輕量化的發展，而且還直接影響汽車的性能。
為了達到高強度，輕質量，造型美觀這些要求，在設計汽車輪毅時，要對其結構、布局上進行整體設計，以及在形狀及尺寸上進行合理的優化設計。優化設計是一種尋求最優設計方案的技術，是機械產品設計和創新發展的主導方向，是生產企業生存發展的重要手段。隨著科學技術的發展，基于有限元技術的分析軟件提供的各種優化設計模塊日益成熟。本報告利用基于Hyperworks軟件的Optistruct模塊用變密度法對汽車輪毅進行拓撲優化，從而達到高強度，輕質量等要求。
二、 基本理論
工程上的結構優化可以分為尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化四種。本文采用拓撲優化的方法對汽車輪轂進行優化分析。拓撲優化的研究領域主要分為連續體拓撲優化和離散結構拓撲優化。汽車輪轂的拓撲優化屬于連續體拓撲優化，目前比較常用的連續體拓撲優化方法有均勻法、基結構法、變厚度法、變密度法。
展開 
CFD 方法的汽車空調風道結構優化
鄒平,牛貝貝,張成.CFD方法的汽車空調風道結構優化[J].汽車零部件,2021(08):55-58.
摘要:
利用 CFD 方法對某車型空調風道內流場進行了仿真分析, 通過對其流動過程的分析尋找出空調風道結構中存在的風量 分配不均等問題, 對汽車空調風道進行了結構優化。結果表明: 優化后的結構減少了流場內產生的渦流, 重新分配出風口風量使 其更加均勻, 空調風道性能提升同時, 整個汽車空調系統性能提升。
0 引言
隨著現代汽車工業發展, 汽車空調系統愈發完善, 已成為汽車乘坐舒適性中一個重要的影響因素。汽車 空調系統主要由壓縮機、 冷凝器、 蒸發器、 膨脹閥、 鼓風機和空調管道等部件構成, 其工作原理是通過制 冷劑在系統中循環流動的壓縮、 冷凝、 節流、 蒸發等 過程實現溫度調節。當空調系統作為一個整體工作時, 各部件之間是相互影響、 相互聯系的[1] ?？照{管道的 設計決定整個系統的壓降過程、 流場分布、 溫度分布 和風量分配, 對整個空調系統的性能有很大影響[2] 。因此, 汽車空調系統對風道的設計合理性要求嚴格。風道流場中產生渦流或阻礙流場順暢流動的結構都需 要進行優化。
近年來計算流體動力學 (CFD) 理論進一步發展, 已經成為流體機械設計初期指導的常用方法。通過 CFD 計算能夠縮短產品開發周期、 降低成本, 且能夠提供全 面準確的信息[3] 。在空調風道的設計過程中, CFD 方法 的應用可以縮短周期, 為設計方向提供準確的指導。本 文作者使用 ANSA 軟件輔助進行前處理, 通過 STARCCM+進行仿真計算, 對某車型現有空調風道流場流動 情況進行分析, 尋找其結構設計中不合理的地方, 并進 行相應的優化。
展開 關于汽車結構有限元分析清單
–強度：裂紋、疲勞斷裂
5、車身骨架設計除考慮剛度與強度，還應注意：–不能破壞造型設計–骨架里板應考慮內護板緊固
–用最佳截面形狀獲得最大的截面系數–滿足相鄰部件的性能要求
6、汽車結構分析分類：
1）汽車結構強度和剛度分析
靜強度失效：載荷產生超過屈服極限或強度極限的應力、載荷可是真的靜載，也可為動載峰值
結構變形：影響運動關系、檢查運動干涉、變形過大失效問題、世界著名案例：日本車制動油管
2）汽車結構模態分析：
屬動力學分析領域
分析結構的固有特征：固有頻率、固有振型、模態阻尼、模態剛度
廣范用于汽車結構動態特性設計
廣泛用于解決汽車結構振動噪聲問題
3）響應分析
時間響應分析：通常在時域內求系統的時間相應、常用于疲勞分析、平順性分析等
頻率響應和響應譜分析：多用于隨機振動
4）溫度場計算：包括對流、傳導和輻射、發動機溫度場計算及散熱問題、保溫車（冷藏車）隔熱計算、熱應力分析
噪聲振動分析：聲場分析、空腔共鳴、制動噪聲、部件機械振動噪聲
汽車空氣動力學分析：降低空氣阻尼升力等、通風換氣、改善車身表面流場、發動機進氣及排放
5）汽車結構碰撞、沖擊分析：碰撞安全性問題、車身安全性設計、碰撞事故模擬再現
汽車零部件沖壓成形：成形部件設計、模具設計、分析開裂、起皺、回彈等問題
（液）流場分析：液化石油氣罐車、汽車結構可靠性分析、汽車結構優化設計
7、汽車結構分析的力學特征分類：
線性問題計算分析
非線性問題的計算分析：幾何非線性、材料非線性、狀態非線性（接觸問題）
8、同一載荷作用下的結構，所給材料的彈性模量越大則變形值越小
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–強度：裂紋、疲勞斷裂
5、車身骨架設計除考慮剛度與強度，還應注意：–不能破壞造型設計–骨架里板應考慮內護板緊固
–用最佳截面形狀獲得最大的截面系數–滿足相鄰部件的性能要求
6、汽車結構分析分類：
1）汽車結構強度和剛度分析
靜強度失效：載荷產生超過屈服極限或強度極限的應力、載荷可是真的靜載，也可為動載峰值
結構變形：影響運動關系、檢查運動干涉、變形過大失效問題、世界著名案例：日本車制動油管
2）汽車結構模態分析：
屬動力學分析領域
分析結構的固有特征：固有頻率、固有振型、模態阻尼、模態剛度
廣范用于汽車結構動態特性設計
廣泛用于解決汽車結構振動噪聲問題
3）響應分析
時間響應分析：通常在時域內求系統的時間相應、常用于疲勞分析、平順性分析等
頻率響應和響應譜分析：多用于隨機振動
4）溫度場計算：包括對流、傳導和輻射、發動機溫度場計算及散熱問題、保溫車（冷藏車）隔熱計算、熱應力分析
噪聲振動分析：聲場分析、空腔共鳴、制動噪聲、部件機械振動噪聲
汽車空氣動力學分析：降低空氣阻尼升力等、通風換氣、改善車身表面流場、發動機進氣及排放
5）汽車結構碰撞、沖擊分析：碰撞安全性問題、車身安全性設計、碰撞事故模擬再現
汽車零部件沖壓成形：成形部件設計、模具設計、分析開裂、起皺、回彈等問題
（液）流場分析：液化石油氣罐車、汽車結構可靠性分析、汽車結構優化設計
7、汽車結構分析的力學特征分類：
線性問題計算分析
非線性問題的計算分析：幾何非線性、材料非線性、狀態非線性（接觸問題）
8、同一載荷作用下的結構，所給材料的彈性模量越大則變形值越小
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展開 案例分享 | 汽車內飾件結構分析中的微觀結構考量——用 Digimat-RP 優化工作流程
目前已成為德國一級汽車供應商，而且正致力于將業務拓展至其他地區。我們專注于汽車內飾設計和相關設備，旨在實現創新、質量及美學的統一。我們主要關注四個領域——汽車內飾系統、空調控制系統、內飾表面處理及車內部件。我們的工程專業知識涵蓋工具制造、設備制造、注塑技術、涂裝技術及裝配技術。對我們來說，聚合物和塑料也是非常重要的一塊業務。優質產品和卓越工程是我們的靈魂。
在生產聚合物產品時，我們所面臨的一大挑戰是要建立起制造工藝與結構分析仿真之間的聯系。我們需要將生產工藝涉及到的產品屬性作為汽車計算機輔助工程（CAE）仿真的標準。在應用過程中，必須通過試驗來證明有限元分析（FEA）仿真的準確性。因此我們選擇 MSC 軟件的 Digimat 對纖維增強塑料（FRP）進行仿真。但是，要想獲得非常準確的有限元分析預測，就需要細致的聚合物材料模型，尤其是在無法從供應商處獲得確切的材料數據時。這正是 Digimat 在制造塑料零件方面大顯身手之處。通過案例研究，我們將展示自己的 CAE 建模團隊如何利用來自國際數據庫的標準塑料材料輸入對 FRP 汽車內飾件進行仿真：首先采用商用有限元分析解算器，然后采用 Digimat 的結構分析求解器和集成材料數據庫（見圖1）。我們確定了作用在零件（需要在Digimat 中進行檢查）上的兩種分別為 140N 的負載情況（圖 2）。我們指定了兩個場景，分別稱之為“過去”（利用可以從標準文本和數據庫中獲得的材料屬性進行有限元分析仿真）和“現在”（利用從 Digimat 及其微觀結構材料數據庫獲得的材料屬性進行有限元分析仿真）。
圖 1.纖維增強塑料零件的幾何形狀
圖 2.FRP 零件有關的兩種負載情況
圖 3 所示為采用 Durethan 制造的 FRP 零件的材料屬性，我們首先利用國際塑料數據庫的力學屬性用商業有限元分析代碼進行仿真。
展開 CAE在汽車結構及材料優化中的仿真分析與應用
在汽車行業，從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析，到現在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，有限元科技CAE應用項目幾乎可以涵蓋所有環節。
今天和大家分享的是：汽車設計中的結構/材料優化分析。
結構/材料優化
優化設計包括尺寸優化、形狀優化、形貌優化和拓撲優化，而表現在汽車設計中則有輕量化、材料節能環保、提高動力性能等。在維持汽車重要區域原結構、車身模態和剛度性能等基本不變的基礎上，對于其他部位進行優化從而達到輕量化、新型材料應用等?；贑AE分析的優化設計也常用于新車型的開發。
近年來，隨著對汽車本身的安全性要求不斷攀升，對汽車車身結構安全部件材料的優化設計就顯得異常重要！
針對此材料和厚度的交互性問題，推出其匹配優化的設計方式。首先主要通過傳力路徑和能量分析的方式初步選取相應設計部件。然后由此進行敏感性的分析，這樣才能更準確的找出最受影響的安全部件作為設計的對象，從而真正解決難以選取設計對象的問題。
同時可針對所選取的設計對象，采用優選近似模型和多目標優化的方式對其厚度和材料實施匹配和優化，這樣就充分的利用了兩者的交互性，真正實現材料和厚度的變量混合。
一、汽車安全部件的選定分析
（一）分析汽車傳力路徑
主要針對其正碰當中的流動應力進行分析，可通過明確其車應力變化和部件截面展開分析。其傳力路徑具體表現在以下幾點：
車輛本身和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生變形，會將力直接傳遞至上縱梁，然后通過上縱梁傳遞至A柱上端位置，最后直接向后傳遞。
當車輛和剛性壁障產生碰撞時，一旦其前保險杠產生扭曲，會直接將沖撞力轉移至前縱梁，然后直接傳輸至A柱下端、門檻梁以及底板縱梁等位置，最后向后傳遞。
展開 汽車結構DOE方法與理論
最后，通過上述過程即建立汽車結構參數相對于性能、重量等各響應的函數關系，基于該關系可進行響應分析和后續多目標優化。
參考文獻：
1 王傳青 白車身前端結構-材料-性能一體化輕量化多目標協同優化設計
2 Isight用戶手冊
3 柴山， 第12章離散變量結構優化設計簡介
4 黃煥軍，張博文等 基于組合代理模型的車身多學科設計優化 汽車工程
基于Nastran的電動汽車支架結構優化
1 引言
隨著汽車行業新能源電動汽車的發展，電動汽車技術越來越受到重視。新能源純電動汽車具有零噪聲、零污染、零油耗特點的新型交通工具，其技術發展逐漸受到汽車行業和國家相關部門的高度重視。雖然純電動汽車NVH性能較傳統汽車有非常大的優勢，但筆者認為純電汽車的振動問題仍不可輕視。純電動汽車與傳統汽車的最大差異就在于，純電動汽車的電氣化程度較大，驅動、空調、轉向助力、蓄能等裝置基本實現了電氣化，所以電氣元件的工作環境是決定電動汽車穩定性的重要因素之一。
本文圍繞某元件安裝支架引起的共振問題，基于Nastran分析平臺對安裝支架進行了CAE結構優化，從而大大提高了安裝支架的動態特性，有效降低了電氣件的振動，提高了車輛的穩定性和可靠性。
2 關鍵部件振動試驗測試
2.1顛簸路面電氣部件振動總集
由圖1可以看出，被測試電氣元件振動較大，已經遠遠超過該電氣件的耐震等級。
2.2顛簸路面電氣部件振動頻率曲線
由圖2可以看出，電氣元件的振動頻率以31Hz左右為主。
3 電氣元件安裝支架CAE分析
利用第三方軟件在Nastran環境下進行離散化建模，模型如圖3所示。
基于Nastran相關CAE模態分析軟件，得出電氣元件安裝支架前五階模態頻率如表一所示。
電氣元件安裝支架第2階模態頻率為31.8Hz，可以初步判定，電氣元件的振動是由電氣元件安裝支架與其它部件產生共振造成。
3.2電氣元件安裝支架結構CAE仿真優化
電氣元件安裝支架2階模態振型如圖4，根據模態振型情況進行結構優化設計。
根據模態振型確定幾種結構優化方案，再利用Nastran求解器進行模態分析，確定最優化方案如圖5。
展開 
汽車結構開發中的常見的CAE優化方法
引言：
當下，汽車行業面臨巨大挑戰，各個車企之間的競爭，已經由之前粗暴的增量競爭模式，演變到現在更加殘酷的存量競爭模式，這關系到每個車企的生死存亡，也對每個車企提出了更高的要求。一方面，車企需要不斷適應市場的需求，加快產品開發的速度；同時，車企還必須提升產品的品質，增強產品競爭力。這也對每個參與其中的汽車工程師提出了更高的要求。
如何對車身、底盤、內外飾等的結構進行快速地優化，提升性能要求的同時，保證結構的輕量化水平，是每個結構優化工程師需要不斷努力的目標。
除了日積月累的經驗外，合理地應用各種優化方法，可以更加高效、準確地找到優化方向或者結果。下面，給大家介紹幾種在汽車結構開發中經常使用的優化方法。
1.拓補優化
拓撲優化用于在給定的設計空間中找到關鍵的載荷傳遞路徑，常應用在結構設計的前期，能夠避免設計的盲目，提高結構設計的效率，達到結構輕量化等工程目的。常用的拓撲優化材料插值模型有：變密度法（SIMP）、均勻化方法（Homogenization Method）、變厚度法等。
拓撲優化的基礎是將有限的設計區域離散化，即劃分成有限個網格單元，然后采用某種算法來刪除一部分單元，從而形成帶孔洞的連續體。直觀上來看拓撲優化就是在設計區域內尋找產生孔洞的區域，以滿足某種設計要求的方法。
變密度法（SIMP，即Solid Isotropic Material with Penalization Model）是常采用的方法，該方法是將網格單元的設計區域內的每個單元的相對單元密度ρ作為設計變量。相對密度ρ在[0, 1] 內變化，當ρ=0時，代表此單元處于無材料填充的狀態；當ρ=1 時，代表單元處于材料填充滿的狀態；而更多情況下的單元相對密度ρ的狀態是介于兩者之間。
展開 優化技術在汽車結構設計中的應用
此文章展示了優化技術在汽車結構設計中的實例應用，具有較高的參考和學習價值，和大家共享。
尤其是拓撲優化技術，目前在多數主機廠已經普遍應用，國內幾大自主品牌，
Optimizing-Next-Generation-Automotive-Structures-Using-Altair-OptiStruct-1.pdf
長城、吉利、比亞迪、奇瑞等也都建立了自己的優化平臺。
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載貨汽車側防護欄橫桿結構優化
載貨汽車側防護欄橫桿結構優化.doc
opt3.k
1 建模及優化
1.1 側防護欄橫桿建模
側防護欄一般由2根橫桿、2根豎桿以及2個安裝支架組成，其兩兩之間通常為螺栓連接或者焊接連接，如圖1所示。本文主要關注橫桿的優化與碰撞問題，因此在有限元模型中只需要建立橫桿模型，其余部分采用固定連接即可。橫桿通常由鋼板輥壓成型，其截面多為C型、U型、W型，本文采用的橫桿原始模型為C型。
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汽車保險杠橫梁碰撞的仿真分析及其結構優化
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