基于多目标的白车身拓扑优化分析方法之二
本文摘要（由AI生成）：
本文介绍了采用壳单元方法对车身及整车进行拓扑优化的方法，相较于shrink wrap mesh方法，该方法操作更简单且迭代计算更快。文中详细描述了拓扑优化分析的流程、案例、步骤以及结果的解读，并提供了相关图表来展示如何定义设计空间、材料、分析工况、优化函数以及解读优化结果。通过多工况多目标的拓扑优化，成功识别出车身结构的薄弱区域和关键传力路径，为产品开发和结构优化提供了重要参考。
在上一期我们分享了基于shrink wrap mesh的方法进行车身及整车拓扑优化，这种方法应用非常广泛，实用价值高，特别是传函优化，如噪声传函优化，但是该方法需要定义主从面用于拓扑区域与非拓扑区域tie连接，操作相对复杂些。
本期我们分享另一种更容易操作的拓扑优化方法，采用壳单元方法，这种方法对车身及整车同样具有较高的实用价值。
一、拓扑分析流程
图1 拓扑优化分析流程
二、拓扑优化案例
1、目的：通过对车身整体模态及刚度进行分析，采用拓扑优化技术，识别出车身结构相对薄弱区域。
2、工况：（1）弯曲及扭转刚度分析工况；（2）弯曲及扭转模态分析工况；
3、目标函数：（1）响应：包括弯曲刚度、扭转刚度、扭转模态、弯曲模态、综合应变能等；（2）约束：弯曲刚度大于15000N/mm，扭转刚度大于18000Nm/deg，扭转模态大于45Hz，弯曲模态大于50Hz，体积分数小于0.2。（3）目标：综合应变能最小。
三、拓扑优化步骤
1、定义设计空间：选取需要拓扑的区域，如整个车身，对该车身复 制一层单元作为拓扑设计空间，同时该拓扑单元需要与原单元进行合并。
图2 拓扑设计空间
2、定义设计空间材料：拓扑材料为原单元材料，同时尽量不要产生附加质量。
3、定义分析工况：如弯曲扭转刚度工况，弯曲扭转模态工况等
4、定义优化函数：包括响应、约束及目标等。通常对车身进行工况分析时，需要考虑各工况之间的权重。
（1）响应定义：包括刚度、模态、体积分数及应变能等
图3 刚度响应定义（刚度也可采用方程进行定义）
图4 加权应变能定义
图5 体积分数定义
（2）约束定义：包括刚度、模态、体积分数等
图6 刚度约束定义
图7 模态约束定义
图8 体积分数约束定义
（3）目标定义：主要是综合应变能等
图9 目标函数定义
四、拓扑优化结果解读
通过拓扑优化迭代计算，在给定条件下，可能通过拓扑结果识别相对薄弱区域以及关键传力路径，为产品开发和结构优化提供极为重要的参考。
1、拓扑结果查看
图10 拓扑优化结果
通过多次迭代计算，从拓扑优化优化结果可以看出以下位置需要重点加强：shotgun、A柱下部门框处、B柱下部门框处、门槛梁区域等；
2、目标函数迭代收敛图
通过多次迭代求解，可以看出在满足给定条件下，目标函数趋于收敛。
图11 目标函数迭代收敛图
图12 刚度迭代收敛图
图13 综合应变能迭代收敛图
五、小结
本期采用壳单元对白车身进行了多工况多目标拓扑优化，得到了关键的传力路径和区域，该方法相对上一期的shrink wrap mesh方法迭代计算相对快，且更容易理解，对于初学人员来说或许更合适，但这两种拓扑方给CAE工程师提供了更多的选择。
【免责声明】本文首发CAE之家公 众号，欢迎关注我的公 众号“CAE之家”。未经授权禁止私自转载，本公 众号所刊登的内容、资料等来自于个人总结、技术论坛、文献、软件帮助文档及网络等，对文中观点判断均保持中立，若您认为文中来源标注与事实不符，若有涉及版权等请告知，将及时修订删除，谢谢大家的关注！
