某SUV车架多目标拓扑优化设计

【摘要】：近年来,拓扑优化在结构优化研究中成为前沿和热点问题,而多目标多工况的优化问题更是结构优化中的重点和难点。本文以某型SUV为研究对象,首先论述了车辆结构轻量化研究的重要性,回顾了拓扑优化发展的历程,提出了应用多目标拓扑优化方法对SUV车架进行优化设计的构想。 然后对结构拓扑优化方法进行了分析,确立了以体积和频率作为约束,以各工况载荷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多工况条件下车架的多目标拓扑优化问题,并对各目标函数进行归一化处理,以消除数量级差异,利用优化准则法对问题进行求解,最终得到了类似于X的车架结构。 根据拓扑优化结果,将实心结构车架根据弯曲刚度标准,转化为等刚度空心结构车架,并对其进行有限元分析,得出空心车架的应力结果,表明材料未充分利用,将车架各梁壁厚值进行尺寸优化设计,建立了新车架的几何模型和有限元模型,并进行了尺寸优化。最后对新车架进行静动态性能校核,结果表明重量减轻了12.8%,弯曲刚度提高71.9%,扭转刚度提高44.1%,同时,车架的模态频率也满足设计要求。