多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究.pdf

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多工况下客车车架结构多刚度拓扑优化设计研究母Keywords：b吣；frame；mIllti-stiffne鲻topoIo留opti瑚Iiza60n；∞mproIIli辩progra删Ⅱgprogra删ng1．乃i，劬∞‰沁邝盼，S6疵研k6Dm幻叮旷A妇)m硼妇5撕＆西聊秽，&咖曙hme设计者去考虑最有效的载荷路径，而不是仅仅从现用前景¨。J。目前，对于连续体结构研究最多的是荷的作用。如果车身刚度不足可能出现车厢密封不车身刚度设计不合理，对汽车行驶的平顺性和操纵iso呐pic2008119范文杰1，范子杰1，桂良进1，刘东2关键词：客车；车架；多刚度拓扑优化；折衷规划法Multi—stiffnessT0polog)r0ptimizationofBusFramewithMultipleLoadingConditionsWeIUiel，FanZijiel，GlliLian西inl&Liu2．‰，印矾P三oMi喈口以船"m曲触t如妇，胁施打yD，coMm妇以加s，＆咖lg[Abstract]objective日lj舌车架优化设计包括拓扑优化设计、尺寸优化设计和形状优化设计，前者决定结构的最优拓扑形状，后二者决定结构的最佳尺寸参数。一般而言，结构的拓扑形状起主导作用。结构拓扑优化设计可引导有设计方案去设计。拓扑优化方法在概念设计阶段为设计者提供科学依据，使复杂的结构和部件可以灵活、理性地进行优选，以获得最佳效果。与尺寸优化和形状优化相比，结构拓扑优化获取的效益更大，对工程设计人员更具吸引力，具有更广阔的工程应单工况下的拓扑优化问题【3J，而对多载荷条件下连续体结构拓扑优化设计问题的研究，多采用加权平均值方法M1求解。它采用线性加权法将多目标问题转化为单目标问题求解，实现方便，但对非凸优化问题来说，不能确保得到所有的Pareto最优解瞪]。客车在使用过程中要承受扭转、弯曲等多种载严以至漏风、渗雨以及伤及内饰等现象。另外，如果稳定性产生不利影响，从而影响汽车的主动安全性。车架结构对车身的刚度特性具有重要影响，因此研究车架结构的刚度显得十分重要。作者基于带权重的折衷规划法，将多工况载荷对应的多目标函数优化问题转化为单目标函数优化问题。依据SIMP(solidzation)密度函数插值模型，在拓扑优化软件Optist-mct中建立了弯曲和扭转两种工况下三段式客车车架结构的多刚度拓扑优化的数学模型，实现了以客车车架结构体积和一阶频率作为约束，多工况下柔度最小化作为目标函数的多刚度拓扑优化设计。2008年(第30卷)第6期汽车工程En百neering2008(V01．30)No．6[摘要]以体积和频率作为约束，以各工况载衙下对应的最小柔度作为目标函数，采用带权重的折衷规划法和sIMP密度函数插值模型研究了多工况条件下客车车架结构多刚度拓扑优化问题。并以某三段式客车车架为研究对象进行了多刚度拓扑优化，得到了合理的车架拓扑结构。fkquency鹪constraints，based诵t}ltopolo夥stmcturematerial诵tll奎国家863高技术研究发展计划项目(2006AAllAl02)资助。原稿收到日期为2007年3月7日，修改稿收到日期为2007年lO月16日。(1．清华大学，汽车安全与节能国家重点实验室，北京100084；2．交通部规划研究院，北京100028)FanDon92Multi一8tiffhesstopologyoptimizationforbusfhmeundermultiple—loadingconditionsisstudiedwitllt}IeIIlinimumcomplianceaIldt}levolumeandSIMPinterpolationschemeweightedcompmmiseapproach．Asexample，amree—se伊nentoptiIIlizedreasonableobtained．penali—Automotive100084；100028asonana’
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唑案驴加[鲥等等门了’乏(∑喇)一y≤oSIMP密度插值模型2多刚度拓扑优化模型率开“为第i阶频率的下限；q为惩罚因子，q≥2；3客车车架多刚度拓扑优化Bends鹏和si舯und已经证明了sIMP插值模型相对密度和材料弹性模量之间的关系，程序实现简单，计算效率高。sIMP法虽然能有效压缩中间密度，但是依然存式为底盘槽型纵梁按轴距设计要求从中间断开，中行李舱。这种车架具有结构简单、质量轻、强度高、1从本质上讲，结构拓扑优化是一个“0—1”问题，即结构件的“有”与“无”的问题。但是离散问题在数学上很难处理，通常将此问题转化为连续问题去研究，变密度法就是这一思路的产物。变密度法以连续变量的密度函数形式表