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汽车零部件结构的拓扑优化设计

徐岩  
【摘要】: 目前国内汽车市场发展迅速,随着市场竞争的日益加剧,在汽车零部件开发、设计过程中对结构性能控制的要求越来越高。如何在汽车零部件结构设计的布局阶段实现结构最优化,是汽车零部件设计领域最新、发展最快的课题。 在汽车零部件结构优化设计过程中,经常会遇到两大问题:一个是零部件结构的设计灵敏度分析,另一个是零部件结构修改后的快速重分析问题,难点就是灵敏度分析和重分析方法。目前汽车零部件结构设计中较多采用参数优化的方法,参数优化法对比较简单的静态工况可以起一定的作用,且往往不是最优化的结果;但对复杂工况而言参数化修改不仅效果甚微,有时还适得其反。采用结构拓扑优化设计可以极大地提高设计质量,缩短设计周期、增强产品的市场竞争力,具有很重要的实际应用价值。 本文在汽车零部件结构设计领域,研究了结构布局拓扑优化修改的重分析问题,同时结合具体优化设计需要,研究了商用汽车柴油发动机飞轮壳结构静态拓扑优化问题和商用汽车白车身总成的动态设计问题,提出了相关的优化算法。主要内容有: 1、研究了结构参数修改的静态重分析方法,提出了组合近似方法; 2、研究了有限元系统下拓扑修改的模态重分析方法,并针对节点增加的工况给出了可扩展的算法流程; 3、结合重型载货汽车柴油发动机飞轮壳后端面断裂的实际问题,研究了复杂工况下飞轮壳结构的布局优化,提出了单元灵敏度准则和优化方法,达到很好的实际优化结果; 4、研究了商用汽车白车身总成的动态设计技术,提出了一种新的有频率约束的优化方法。


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