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分析计算时，将扭转刚度函数T最大作为目标，按照式（4)得出等差区域灵敏度分析计算表达式： St=dT(Ai)/dAi-i=1，2,…，8(7) 按照式（）可得出等比区域灵敏度分析计算表达式： S,=dT(.k,)tdk,(8) 为了便于后续的优化设计，满足工程实际的设计要求，各优化变量定义的上下限范围如表1所示，其中，At,的初始值、下限、上限分别为0、0、1.5mm，k,的初始值、下限、上限分别为1、0.5、2。 从区域等差、等比灵敏度分析结果的排序可以看出，区域2、4、7、8的灵敏度比较高，即A、B、D柱下接头区域及D柱上接头区域灵敏度较高。5.2对灵敏度高的区域进行空间多层形貌优化按照表1中的各区域灵敏度的大小，选出区域2、4、7、8的加强板进行空间多层形貌优化。本层形貌优化的方法进行局部性能提升。 例以区域4即B柱下接头（图8)加强板优化进行5.3基于区域灵敏度及空间多层形貌的车身 说明。 对分割出来的B柱下接头区域的加强板进行多层空间形貌优化设计，通过提高该接头的刚度来提高整车的刚度。应用前文提出的空间多层形貌优化方法，B柱下接头刚度提高了30%左右。优化过程中，灵敏度筛选图、优化后的加强板有限元模型与初始加强板模型如图9、图10所示，优化结果符合工程要求，优化结果可直接指导后续的接头结构设计。 图9优化后B柱下接头加强板 图10优化后B柱下接头加强板 设计人员采用本文的优化结果，根据冲压工艺、外造型的要求对优化结果进行适当调整，建立接头最终的CAE模型并应用到实车当中，如图11所示。 图11最终加强板CAE模型及实车加强板照片将区域灵敏度计算得出的其他几个关键灵敏度高的区域中的A、B、D上接头的加强板均按多 本例应用区域灵敏度、空间多层形貌优化技术，对A、B、D接头区域进行结构优化设计，在提高了白车身性能的基础上，进行车身零部件厚度的轻量化设计。同时，与未经性能提升而直接进行车身零部件厚度轻量化设计的传统方法进行了对比。 表2所示为两种不同分析方法的设计变量的初始值及优化值。从表2可以发现，基于区域灵敏度分析及空间多层形貌优化的轻量化设计，其零部件的厚度得到更科学的优化。 表3所示为两种不同分析方法的性能及轻量化效果。从表3可以看出，基于区域灵敏度及空间多层形貌优化的轻量化设计后，扭转刚度基本不变，同时白车身质量减重22.7kg,而传统的轻量化方法扭转刚度下降920Nom/〇,仅仅减重了117kg。 表3两种优化结果对比 为验证区域灵敏及多层形貌优化轻量化后的白车身详细有限元模型的有效性，对结构优化后? 样车进行了白车身扭转刚度试验。图12为白车身扭转刚度仿真曲线和试验曲线对比图，经曲线对比可知，仿真分析计算结果与试验结果基本吻合。从图12看出，前悬（：r=1m)处的扭转角为0o55°试验扭转是6000/0.55=10909Nom/(°)，与白车身详细有限元模型的计算结果误差控制在10%以内，表明此方法的可行性。 6结语 本文提出了一种用于研究汽车白车身轻量化设计的新型灵敏度方法--区域灵敏度分析方法，该方法能有效解决关键区域灵敏度分析的问题。同时，提出的空间多层形貌优化技术能有效实现零件沿法向正反两个方向的结构形貌优化。研究结果表明，利用这两种方法可实现车身高性能下的更大轻量化。 参考文献： [1]TOrstcnfcltB"KlurbringA.ConceptualOptimalDesignofModularCarProductFamiliesUsingSimultaneousSizeandTOpologyOptimization[J].FiniteElementsinAnalysisandDesign，2007，43:1050-1061 [2]MundoD，HadjitR，DondcrS，etal.Simpliilcd ModelingofJointsandBeam-likeStructureforBIWOptimizationinaConceptPhaseoftheVehicleDesignProcess[J].FiniteElementsinAnalysisandDesign,2009,45：/156-/162. [3]韩旭，朱平，余海东，等.基于刚度和模态性能的轿车车身轻量化研究[].汽车工程，2007,29(7):545_549. HanXu，ZhuPing，YuHaidong，etal.AStudyontheWeight-reductionofCar-bodywithRequiredStiffnessandModalPerformances[J].AutomotiveEngineering,2007,29(7)：545-549. [4]兰凤崇，庄良飘，钟阳，等.乘用车车身结构轻量化设计技术研究与实践[].汽车工程，2010,32(9):763-769． LanFcngchong，ZhuangLiangpiao,ZhongYang，etal.StudyandPracticeofCarBodyStructureLightweightDcsign[J].AutomotiveEngineering, 2010,32(9)：763-769. [5]王书亭，刘啸，吴义忠，等.基于灵敏度分析的车架轻量化及疲劳寿命估算[].中国机械工程，2011，26(11)115-120. WangShuting,LiuXiao^WuYizhong,ctal.Senti-tivity-basedAnalysisofLightWeightingandFatigueLifeEstimationforTruckFrame[J].ChinaMechanicalEngineering,2011,26(11)：115~120. [6]杨搏，朱平，余海东，等.基于模态分析的车身NVH结果灵敏度分析[].中国机械工程，2008,19(3):112-115. YangBo,ZhuPing，YuHaidong，ctal.Auto-bodyNVHStructureScnsitiiyAnalysisBasedonModalAnalysisMethod[J].ChinaMechanicalE:nginccr-ing，2008，19C3):112-115. [7]曹文钢，曲令晋，白迎春.基于灵敏度分析的客车车身质量优化研究[].汽车工程，2009,3K3):86-89.CaoWengang，QuLingjin，BaiYingchun.AStudyontheMassOptimizationofBusBodyBasedonSensitivityAnalysis[J].AutomotiveEngineering,2009,31(3):86-89. [8]周杰，黄人江，郭武俊，等.扇形加强筋结构对汽车后轮毂包成形质量的影响[].锻压装备与制造技术，2009,44(4):7577. ZhouJic"HuangRenjiang,GuoWujun"etal.TheApplicationofSectorT'endonStructuretoDesignofAutoCoverPanel[J].ChinaMctalformingEquipment&ManufacturingTechnology，2009，44(4):75-77. [9]熊辉，徐有忠，田冠男，等.形貌优化技术在车身钣金件中的应用[C]//第四届中国CAE工程分析技术年会论文集.西安，2008:228-232. [10]孟瑾，陈伟，等.基于形貌优化和一步成形法的铝合金发动机罩板轻量化设计[C]//Altair2011Hy-perWorks技术大会论文集.北京，2011. |
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