车身是汽车行驶运动过程中的主要承载体。车身由大量的部件构成,结构复杂,工作条件也十分复杂。主要的工作载荷包括:驱动惯性力,制动惯性力,转向惯性力,不平路面激励力和动力结构载荷等等。如果车身结构设计中刚度设计不足,则车身的振动频率会引起结构共振,进而引起结构连接的强度失效(产生塑性变形),进而导致车门、窗框、背门框等变形过大。最终导致车门卡死、玻璃破碎、密封失效、漏气漏水等问题。分析车身的刚度,改进车身结构设计,提高车体刚度是非常重要。
车身性能开发金字塔的最底层是消费者最易感知的性能,即操稳性能,而操稳性能直接相关的就是车身的整体刚度性能。(车身扭转刚度、区域刚度是和车身操稳性能相关的,因此车身扭转刚度的性能目标应该满足操稳性能要求,也应该由操稳性能需求来定义。)
通常更高的车身刚度性能对于操稳、NVH、耐久性能是有益的,那是不是说为了提升上述相关性能可以过度提高刚度性能呢?当然不是,刚度性能提升是要满足结构最优化设计原则,即通过结构优化设计来提升材料有效利用率,而不是靠粗暴地堆叠材料来提升刚度性能。在提升刚度性能时还要考虑轻量化要求,只有通过结构优化设计才能够在满足刚度性能要求时,同时满足动力经济性的要求。
结构优化包括拓扑优化、形状优化等方法在优化车身性能中具有非常重要的作用。拓扑优化可以合理优化材料分布,识别车身结构薄弱点。形状优化进一步优化零部件结构形状提升材料效率。
以上包括本田、雷诺、沃尔沃、标志、尼桑、宝马、雷克萨斯、斯柯达、欧宝等车型开发过程中拓扑优化在结构性能优化中的案例。
实际案例:
拓扑优化:
针对车身后端包括C、D柱、dog leg区域进行拓扑优化分析,识别结构弱区域。根据拓扑优化结果进行结构优化设计:
原方案:
方案1:重新设计C环结构
方案2:增加bulk head
这里就不在赘述其他方案,根据拓扑结果可以识别的方案一般包括增加加强件、增加Bulk head、增加焊点、修改形状特征、结构形状优化等。通过以上方案验证,可以提升扭转刚度性能12%左右,同时减重0.8Kg。验证扭转模态性能提升2.3Hz。
对于拓扑优化,大多数人通常会疏忽一个很重要的维度,即保留材料的力学性能当量。如保留材料的截面积、惯量等。如拓扑优化识别出一条重要的路径,需要增加一个传力结构件,但往往车身部件都是钣金件,如何让方案中的钣金件的力学性能和拓扑优化的结果是相当的,这一点需要特别注意。尤其是拓扑结果保留的材料和原车身结构有耦合作用时。这里推荐用ANSA23中一个新增的功能,可以直接获得实体和壳结构联合结构的截面性能。
另外一个重要的点,对于拓扑优化结果的方案解读后,如何快速在FE模型中实现方案,如本文中的C环重构、Bulk head生成等,如果不掌握一些快速生成手段,往往需要设计工程师进行CAD数据生成,然后再进行网格重构,这往往就浪费了很多时间。这里推荐meshworks软件,可以快速创建复杂梁、接头等网格。冒昧问一下,上图中C环结构如果是你来做可以完成吗?需要多久?这个案例中大概只需要几分钟就完成了。工欲善其事必先利其器。
感兴趣的朋友可以关注下meshworks公众号,了解更多有趣的功能。也可以直接在公众号中留言获得更多信息。
接上文,拓扑优化的解读方案通常是无法得到性能完全相当的结构的。因此需要进一步地进行形状参数优化,进一步提升材料利用率。
形状优化:
形状参数包括C环截面X向尺寸,如何保证C环在变形过程中一直贴合轮罩,焊点连接一直正确生成,这在创建形状参数时需要特殊注意。形状参数还包括C环的位置,Y向高度、X向宽度,以及材料厚度一起组合为多参数优化。当然,还可以包括焊点数量一起作为优化参数进行优化(这里由于计算资源问题,就不给优化结果了,我的X230超算打开模型都够呛了)。通常还可以进一步提升3~5%的刚度性能。
优化软件推荐使用LS-OPT,特别是LS-OPT 2022R1(R2)。LS-OPT本身特有的优化策略就是一种高效的优化方法,2022版本中meta model又增加了MOP方法,可以自动根据设置的条件选择meta-model的方法,这也是LSTC被ANSYS 收购之后借鉴(引入)了optiSLang中的功能。当然,事情往往有两面性,被ANSYS收购了之后LS-OPT软件不在免 费 使 用了,需要license。嗯,需要license。不过我用着还是不错的,增加的功能都很实用。
虽然LS-OPT 2022R2增加了几个实用的功能,但是ROM降阶方法还是放鸽子了,希望在2023版本中可以见到吧。这里推荐了LS-OPT,但并不是说其他优化软件不可以,不然我也不会搞那么其他优化软件的使用教程和案例了。只不过LS-OPT确实有其独特之处。
天下网标王企业网站seo优化是什么意思辽宁正规的机械行业网站优化关键词优化网站排名软件舟山优化网站排名价格表大石桥专业网站优化排名图片网站如何优化seo网站建站站内优化流程电商网站seo优化2个网站共一个数据库优化聊城网站优化怎么样网站图片如何优化河源网站搜索优化什么可以使优化网站性能洱源网站优化平台资兴网站seo优化都匀网站优化公司哪家专业广东校园网站优化公司高新开发区网站优化公司哪家好推推蛙怎么优化企业网站网站制作优化教程蚌埠市关键词网站优化企业网站优化服务报价seo网站关键字排名优化网站大图片优化大数据网站优化越来越好枣庄网站优化外包一个小时的网站优化营销类网站如何优化网站SEO优化目标整站网站优化公司有哪些香港通过《维护国家安全条例》两大学生合买彩票中奖一人不认账让美丽中国“从细节出发”19岁小伙救下5人后溺亡 多方发声卫健委通报少年有偿捐血浆16次猝死汪小菲曝离婚始末何赛飞追着代拍打雅江山火三名扑火人员牺牲系谣言男子被猫抓伤后确诊“猫抓病”周杰伦一审败诉网易中国拥有亿元资产的家庭达13.3万户315晚会后胖东来又人满为患了高校汽车撞人致3死16伤 司机系学生张家界的山上“长”满了韩国人?张立群任西安交通大学校长手机成瘾是影响睡眠质量重要因素网友洛杉矶偶遇贾玲“重生之我在北大当嫡校长”单亲妈妈陷入热恋 14岁儿子报警倪萍分享减重40斤方法杨倩无缘巴黎奥运考生莫言也上北大硕士复试名单了许家印被限制高消费奥巴马现身唐宁街 黑色着装引猜测专访95后高颜值猪保姆男孩8年未见母亲被告知被遗忘七年后宇文玥被薅头发捞上岸郑州一火锅店爆改成麻辣烫店西双版纳热带植物园回应蜉蝣大爆发沉迷短剧的人就像掉进了杀猪盘当地回应沈阳致3死车祸车主疑毒驾开除党籍5年后 原水城县长再被查凯特王妃现身!外出购物视频曝光初中生遭15人围殴自卫刺伤3人判无罪事业单位女子向同事水杯投不明物质男子被流浪猫绊倒 投喂者赔24万外国人感慨凌晨的中国很安全路边卖淀粉肠阿姨主动出示声明书胖东来员工每周单休无小长假王树国卸任西安交大校长 师生送别小米汽车超级工厂正式揭幕黑马情侣提车了妈妈回应孩子在校撞护栏坠楼校方回应护栏损坏小学生课间坠楼房客欠租失踪 房东直发愁专家建议不必谈骨泥色变老人退休金被冒领16年 金额超20万西藏招商引资投资者子女可当地高考特朗普无法缴纳4.54亿美元罚金浙江一高校内汽车冲撞行人 多人受伤