图 3-14 拓扑优化密度云图（Volumefrac=0.4） 16

图 3-15 拓扑优化密度云图（Volumefrac=0.3） 17

图 3-16 拓扑优化密度云图（Volumefrac=0.2） 17

图 3-17 方案一的拓扑结构（Volumefrac=0.4） 18

图 3-18 方案二的拓扑结构（Volumefrac=0.3） 18

图 3-19 方案三的拓扑结构（Volumefrac=0.2） 18

图 3-20 车架三维模型 19

图 4-1  HyperWorks进行有限元分析的主要步骤 21

图 4-2  车架有限元模型 22

图4-3  车架网格划分图 22

图 4-4  空载应力云图 24

图4-5  满载应力云图 24

图 4-6  空载位移云图 25

图4-7  满载位移云图 25

图 4-8  空载位移线图 25

图 4-9  满载位移线图 25

 查表目录

表3.1  OptiStruct六种优化方法的特点和应用 9

表3.2  整车参数 10

表3.3  轴载质量分配表 11

表3.4  材料属性 12

表4.1  材料化学成分 23

表4.2  材料特性 23

表4.3  材料强度试验 23

表4.4  车架结构有限元分析结果汇总 26

 1   绪论

1. 1  车架结构优化方法

早期，车架的结构优化方法采用的是试验方法，设计和试验交叉进行[ ]，它们是串行组织的。在上个世纪60年代以前，汽车结构设计师面临着许多采用传统方法所不能解决的问题，由于对结构的技术要求增加了，所以就使得汽车结构更加的多样化了，如果继续采用实车试验来确定需要设计的部位，不仅会加大产品开发周期，并且会加大成本消耗。当时已有的分析工具仅仅限用于各种零部件的材料强度计算，而对于结构整体的性状只有在做车实车后进行试验才能预测[ ]。因此，现在汽车工业迫切需要一种新的结构分析方法。

随着计算机技术的快速发展，在汽车结构分析中，有限元分析法因为具有解决结构形状和边界都非常任意的力学问题的特点而成为一种常用的工程分析法，各种汽车结构件都可以利用有限元进行静态分析、固有特性分析和动态分析，并且从原来以对工程实际问题的静态分析为主要任务转化为以模态分析和动态分析为主要任务，也可以根据工程结构的设计要求进行非线性分析[ ]。

在汽车总成中，车架是主要承载件，它不仅支承连接汽车的各个零部件，而且还承受各种随机载荷[ ]。车架刚度的不适合，会直接影响车架的可靠性等关键性能指标。本课题某重载车辆不仅负担发动机、传动系统、悬架系统等负载，装载大吨钢材或其他材料时所受到的集中载荷作用，所以重载车辆需要足够的强度和刚度。

汽车在运输材料时，由于放置的位置不同，装卸的质量不同，可以产生弯曲变形或者扭转变形。通过有线元分析，可以对产品设计初期对车架的集中应力点进行预测，找到结构的薄弱环节，提出合理的改进方案，进行尺寸优化，以减轻车架重量和降低成本等预期效果[ ]。

1. 2  国内外研究现状

1. 3  本课题研究内容

本课题针对某重载车辆的设要求，通过拓扑优化寻找该车架材料在已知条件的最优解，然后验证了其计算结果。主要内容:

1）学习HyperWorks软件，为其后期工作奠定基础；

2）根据设计要求建立车架的拓扑优化模型，定义设计区域与非设计区域，施加载荷和边界条件，以不同工况的变形量为目标函数，体积比为约束函数，通过变密度法对同一模型进行多次拓扑优化计算。

    3）用HyperWorks通过静力学分析，验证拓扑结果的可行性。