车身顶盖横梁的轻量化结构设计与优化_图文
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1、：一叭车身顶盖横梁的轻量化结构设计与优化冯港”，杨记”，刘晨山”，石磊一，宁开明，（长城汽车股份有限公司技术中心，河北保定；河北省汽车工程技术研究中心，河北保定）摘要：为了实现汽车车身结构的轻量化，针对国内某款车身顶盖横梁，设计了几何图形排列镂空结构横梁。利用拓扑优化确定顶盖横梁镂空的位置；基于软件的模块，对顶盖横梁的镂空结构进行优化；并对比分析了原设计横梁和镂空结构横梁的白车身刚度、模态性能。结果表明：这种几何图形排列镂空结构的设计和工艺是可行的，其性能十分接近于原设计件，并且与原设计零件相比质量降低了。关键词：顶盖横梁；轻量化；镂空设计；结构优化中图分类号：文献标志码：文章编号：（）一卜沁
2、一，一，一，一，（，；，：，）印埘，叩，珊色：曲；】引言近年来我国的汽车工业进入快速发展期，成为国内发展但随着我国经济的高速发展、人民生活水平的提高，环境污染问题日益得到了重视。年国家制定了更加严格的环保法规和相关考核政策，这将要求汽车企业制造更为节能环保的汽车也成为汽车企业当前面临的首要问题。当前我国汽车轻量化措施主要有新材科的应用、新工艺的应用、结构优化。有许多方法是先根据工程师的经验提出轻量化方案。再进行相关的实验验证或分析验证。但是这种思路会造成轻量化方案的不确定性，只能靠经验来提出。缺少数据分析的目标性、准确性，而致使后期的验证分析不断地被重复，效率低下。整个思路和方法最终将会使综合
3、的轻量化效果低造成汽车性能提升空间的巨大浪费。文中的汽车顶盖横梁镂空轻量化结构设计，将结合软件的分析提出轻量化方案，确保其目标性和准确性，然后通过软件对方案进行优化，找出最优化方案，最后进行验证，给予方案数据支持。增加方案的精确性和说服力。最快的行业之一。也是世界汽车行业发展最快的地区之一。据中国汽车工业协会统计：年，汽车产销刷新世界纪录，产量达到万辆，同比增长，销量达到万辆，同比增长：年，我国累计生产汽车万辆，同比增长，销量万辆同比增汽车在给人们带来便利的同时，也带来了交通拥挤、环境长，产销量保持世界第一。污染、温室效应等诸多问题。为保证汽车工业的健康发展，国家针对汽车工业发展带来的问题，制
4、定了相应的法规。包括油耗法规、排放法规以及正碰和侧碰的安全法规。出于节能环保和降低成本的需要。汽车轻量化成为汽车业发展的重要课题。在国际上。历史悠久的汽车企业的轻量化技术早已经投入研究。现在处于领先地位。我国的市场开放以来。为使汽车工业快速发展。国家的政策放宽和汽车企业急于做大做强。节能环保不是我国汽车企业的突出问题，降低成本也有着传统方法，致使我国汽车企业的轻量化技术发展缓慢。收稿日期：镂空结构设计及结构优化镂空是一种雕刻技术，其中“镂”字就是雕刻的意思，这作者简介：冯港（一），男，学士，助理工程师，研究方向为汽车轻量化。：。个词本意是指在物体上雕刻出穿透物体的花纹或文字。在当代，镂空技术正
5、在被更加广泛地运用。例如建筑上的大型镂空浮雕。服装上的镂空刺绣品，制造上的镂空手表主夹板、镂空金属造型的器皿。汽车生产上的镂空支架、镂空脚踏板、镂空式轻量化方向盘等。汽车的轻量化。简单地说就是在保证汽车的刚度和安全等性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量。从而提高汽车的动力性、减少燃料消耗、降低排气污染。世界铝业协会提出的报告指出：汽车质量每减少，可降低的油耗。文中的顶盖横梁镂空结构设计就是基于这种镂空技术。将顶盖横梁“雕饰”出穿透横梁的几何样式的孑实现汽车轻量化的目的。顶盖横梁位于顶盖下侧，用于支撑顶盖。文中所提到的顶盖横梁是指顶盖前横梁和中横梁个零件。图为一种顶盖横梁的原结构设计。一结构
6、设计的优化是基于前处理软件，设定变量，进行试验设计（）输出计算，从而得到结构优化结果。其分析流程如图所示。对已建好的有限元模型进行刚度、模态拓扑，确定镂空设计的位置初步完成镂空结构设计，验证需满足性能要求建立，设置变量及确定变量的数值变化范围上建立，输出上对结果进行批处理刚度、模态计算，并对比分析结果优化是人卜：二二图镂空结构设计与优化分析流程一）原设计俯视图材料和制造工艺的选择按照文中现设计顶盖横梁的镂空思路，是在原设计顶盖横梁的结构基础上进行结构镂空的再设计。为了体现此次设计的优点和保证其与原设计顶盖横梁结构相关性能对比的严谨性。现设计顶盖横梁的材料将继续沿用原设计方案的材料，制造工艺也将
7、继续选择；中压工艺。确定镂空的位置区域和现设计的连接方式原设计顶盖横梁镂空位置的确定需要专业软件来辅助完成。而仅凭工程师的经验确定位置区域不够精确。应用软件对原车型白车身进行弯曲、扭转、模【殴汁仰视图态的拓扑优化。确定原设计顶盖横梁的关键区域，分析结果如图所示。在尽可能保证白车身的刚度、模态不降低的情况下。综合对比后。确定镂空的位置区域是位于原设计顶盖横梁上的中间部位。经过结构再设计就会形成现设计顶盖横梁。根据此次确定的镂空位置区域，现设计的顶盖横梁两侧的、一减重孔、一顶盖前横梁上下板一顶盖横梁中板一卜电泳漏液孔一顶盖横粱中板二图车型顶盖横梁原设计结构图镂空结构设计与优化的分析流程镂空结构设计
8、应满足性能需要，再达到减重效果。对镂空结构将不会变动。其连接的方式和位置将保持不变，与原设计相同。现设计顶盖横梁中间部位的镂空设计也将会保证原设计顶盖横梁上的结构胶正常连接。垫！璺塑些型！塑查曲“帆毗一一器爱畦畦岫帅虬叱帅帅蝴曲曲吨吨垂，曲“扑幛旧州¨，（）弯曲拓扑图（）扭转拓扑图、山（）模态拓扑图图车型顶盖横梁原设计的拓扑图顶盖横梁的现结构设计参照拓扑结果，对原设计顶盖横梁结构的中间位置区域进行镂空轻量化设计。为了保证现设计顶盖横梁的相关性能接近原设计，进而达到最优的轻量化效果，现设计的顶盖横梁中部轻量化结构是由近似等边三角形的几何图形排列构成的。为提高现设计的顶盖横梁冲压成形的可
