聚酯多元醇厂家
免费服务热线

Free service

hotline

010-00000000
聚酯多元醇厂家
热门搜索:
产品介绍
当前位置:首页 > 产品介绍

OptiStruct优化技术在汽车顶棚设是嘛

发布时间:2021-07-16 23:23:14 阅读: 来源:聚酯多元醇厂家
OptiStruct优化技术在汽车顶棚设是嘛

OptiStruct优化技术在汽车顶棚设计中的应用

1 引言

汽车设计的轻量化已经成为了设计过程中必不可少的因素之一,并且贯穿在汽车设计的整个流程中。车身的每一个部件,无论白车身还是汽车装饰部件都会有减重的要求。带有天窗的汽车顶棚一般是在车型设计完成,甚至投产后才进行开发。因此这种汽车顶棚的设计局限性更大。既要考虑到天窗的外观与制造,又不能对车身刚度造成影响。此外,还有对车顶棚的减重的要求。设计难度十分大,采用原始的设计手段需要经过大量的测试才能完成设计,造成大量人力、物力的浪费。

通过仿真优化技术可以大大缩短设计周期,减少实验次数,同时在不牺牲车身刚度的前提下,达到质量的最小化。本文通过有限元优化软件OptiStruct 的尺寸优化功能,对某车型全景天窗型从单螺杆发展来看车顶棚的优化过程进行了分析研究。

2 优化模型简介

本款汽车顶棚的原始模型为封闭汽车顶棚,为了适应市场需要,提高产品竞争力,新式顶棚设计为全景天窗式顶棚。本次优化设计的目标是以全景天窗式顶棚为基本模型进行优化,在不牺牲车辆结构刚度的前提下达到质量最小化的目的。具体判断条件有两个:第一,顶棚总成的第一阶频率不低于基本模型;第二,整车模型扭转刚度不低于原始设计。这两个条件也是优化设计的约束条件。优化目标为质量最小。

由于整车模型规模较大,计算时间过长,所以整车模型扭转刚度不低于原始设计不适于作为优化的约束条件。因此我们选用顶棚总成的第一阶频率作为约束条件。综上所述,优化模型简化为顶棚总成及一部分白车身。

3 优化问题描述

有限元优化模型包括结构件和天窗。结构件材料为铁,天窗的材料为玻璃。优化模型有几种备选材料:结构件可以选择铁、铝(Aluminum)、SMC 或LIF37;天窗材料可以选择玻璃或聚碳酸酯(Polycarbonate)。因此可以得到8 种材料组合,如表1:

Glass/ Steel 材料组合为原始模型,选用其他密度比较小的材料可以有效减轻质量,但是结构刚度也会相应收到影响。因此可以增加厚度来进行弥补。综上所述,优化问题定义如下:

设计变量是:结构件和车窗的厚度为变量;

约束条件:大于等于原始模型的第一阶频率;

优化目标:最小化质量。

4 优化分析介绍

4.1 汽车顶棚模型组成

全景天窗式顶棚主要由以下几个部件组成:如图(1)

图(1)

a: Housing d: Front window

b: Side reinforcement e: Rear window

c: Center re冲程到8毫米inforcement

顶棚模型中还包括滑轨等其他一些零件,同时考虑到零部件的标准化以及减重效果,因此,我们主要的优化对象为以上这些结构件和玻璃。

4.2 计算原始模型第一阶频率

由于上文所述的原因,我们采用顶棚第一阶频率为优化的约束条件,因此我们首先要得到原始模型的第一阶频率作为约束条件的下限。

为了节约计算资源,本文选用部分车身的模型及车顶棚总成为模态计算模型。如图(2)

图(2)

计算软件采用OptiStruct/Analysis 。

计算结果:第一阶模态为21.6 Hz

4.3 优化分析步骤

本文采用了OptiStruct 两种优化方法: Free Size 方法以及Gauge 方法。两种优化技术各有优点,Free Size 优化是以每个单元的厚度为设计变量,Gauge 优化是以component 整体的厚度为设计变量。从优化效果来讲,Free Size 的减重比例更大,优化效果更加明显,但是由于以每个单元的厚度为设计变量,优化结果不是均一的,后期的设计制造将十分困难。

Gauge 方法与之相比,优化效果会稍差一些,但是每个Component 的厚度是均一的,这更利于制造,有着更加实际的意义。

考虑到车顶棚模型的材料为铝或塑料,可以注塑成型。我们提出将两种优化技术综合在一起,结合应用的方案,以达到对顶棚结构件的最佳优化设计。

优化分为如下两个步骤进行:

首先对顶棚的结构件,如Housing, Side Reinforcement, Center Reinforcement 进行Free Size 尺寸优化,以达到最大程度减重的目的。具体优化设置如同上文所述:优化变量为厚度,约束条件为第一阶模态不低于21.6Hz,优化目标为质量最小。得到的优化结果如图3:

对8 种不同的材料组合我们分别进行了优化计算,并且记录优化结果,为下一步做准备。

第二步,观察上一步Free Size 的优化结果,以优化结果为依据,将一个零件划分为若干区域,将这些区域内的单元分别组织到不同的Component 中,如图4,我们将Housing 分为7 个区域,建立8 个新的Component ,命名为HousingA~G, 并将相应区域内的单元组织到这些新建的Component 中。最后以这些新建的Component 厚度为优化变量,进行Gauge 优化。优化具体设置与第一步相同。

采用以上方法进行优化分析所得出的优化结果有以下特点:1.模型为非均厚设计,可以在结构敏感处增加厚度,以达到对结构刚度的保证;在非敏感区尽量减小厚度,以达到减重的要求。2 模塑料拉力实验机使用前的检查要点及保养型虽为非均厚设计,但是比较有规律,利于设计人员绘图及制造环节的实现,做到以实际应用为目的,实现以优化分析驱动设计的理念。

5 优化分析结果

经过对8 种材料搭配的模型进行优化计算,我们得到如表2 中的优化结果:

从上表中我们得出以下结论:

在不牺牲车身刚度和可制造的情况下,采用铝制材料车顶的减重效果均达到45%以上,相比原始设计有很大的改进。最佳方案是车顶总成中结构件采9、蓄能器:有些电液伺服万能实验机上配有蓄能器用铝制材料,天窗采用聚碳酸酯塑料,减重达到质量为29.03Kg,减重效果超过了35%。

6 结论

Altair 公司的OptiStruct 软件,是一款功能强大的优化器,可以有效的对产品进行结构优化分析。通过对实际问题的深入分析并结合该软件的灵活应用,不难在工程应用中达到较好的效果。(end)

韶山市试验机厂家
赤峰职业装订制
金华职业装订做