刘小丽_一种新型轿车前舱盖结构优化分析

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一种轻量化前盖的制作方法

一种轻量化前盖的制作方法引言随着科技和工业的发展，前盖作为设备的重要部件，其轻量化设计变得愈发重要。

本文将介绍一种轻量化前盖的制作方法，该方法不仅能够减少材料使用量，同时保持前盖的结构强度和稳定性。

轻量化前盖的重要性前盖作为设备的外壳部分，其重量直接关系到设备的携带性和用户体验。

轻量化设计不仅能够减轻用户的负担，还可以提升设备的使用舒适度。

因此，研究和开发轻量化前盖的制作方法具有重要的实际意义。

制作方法概述本文提出的轻量化前盖的制作方法主要包括以下几个步骤：步骤一：材料选择选用高强度、轻质、耐腐蚀的材料作为前盖的原材料，例如高分子复合材料、碳纤维等。

这些材料具有优秀的物理和化学性能，适合用于制作轻量化前盖。

步骤二：结构优化通过结构优化设计，合理地布置前盖的支撑结构和减重结构，以提高前盖的强度和稳定性。

通过优化设计，可以减少材料的使用量，从而达到轻量化的目的。

步骤三：制作工艺采用先进的制作工艺，例如注塑成型、复合材料层叠等，对前盖进行制作。

制作工艺的选择将直接影响前盖的质量和轻量化效果。

步骤四：表面处理对前盖进行表面处理，提高其耐磨性和耐腐蚀性，同时增加其外观质感。

表面处理的选择应根据材料的特性和使用环境进行合理的选取。

材料选择与优化设计材料选择和优化设计是制作轻量化前盖的关键步骤。

材料选择在材料选择时，应考虑以下几个因素：•板材的密度和强度：希望选择密度较低、强度较高的材料，以实现轻量化的效果。

•耐腐蚀性：前盖作为外壳，需要具备良好的耐腐蚀性，以承受不同环境的使用。

•高温性能：如果设备有高温工作环境，需要选择具有较好高温性能的材料。

根据以上要求，高分子复合材料和碳纤维是较为理想的选材。

结构优化设计在结构优化设计过程中，需要考虑以下几个因素：•前盖的支撑结构：通过合理设计前盖的支撑结构，以增加前盖的强度和稳定性。

•前盖的减重结构：通过减少材料的使用量，实现前盖的轻量化效果。

通过数值分析和优化设计方法，可以得到前盖结构的最优设计方案。

基于CAE的发动机舱罩结构分析及优化设计

ｐｕｒｐｏｓｅｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｔｈｅｕｓｅｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（ＣＡＥ）ｃｏｕｌｄｏｆｆｅｒｔｈｅｉｇｒｈｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ
摘要：通过建立某车型发动机舱罩的有限元模型进行模态分析，利用拓扑优化方法对其结构进行优化设计并提出了两种优化方案，经过进一步分析和制造工艺性能的对比，确定了一种结构优化方案。最后验证了优化方案的刚度，提高了发动机舱罩的整体性能，达到了优化的目的。计算机辅助工程（ＣＡＥ）工具的运用能够为工程设计人员指明设计方向，缩短研发周期，降低研发成本，取得良好的经济效益。
设计一礤究
ｄｏｉ：１０．３９６９４．ｉｓｓｎ．１００５－２５５０．２０１３．０２．００４
汽车科技第２期２０１３年３月
基于ＣＡＥ的发动机舱罩结构分析及优化设计
李林
（上海海马汽车研发有限公司，上海２０１２０１）
关键词：计算机辅助工程（ＣＡＥ）；拓扑优化；发动机舱罩
中图分类号：Ｕ４６３．８３＋３文献标志码：Ａ文章编号：１００５－２５５０（２０１３）０２ — ００１６ — ０４

基于HyperWorks的电动汽车前舱盖多目标优化设计

基于HyperWorks的电动汽车前舱盖多目标优化设计
韩善灵;吕兴栋;卢翔;刘成强
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2018(000)005
【摘要】为了解决某电动汽车前舱盖质量轻量化、模态特性及行人碰撞安全之间的矛盾,运用HyperWorks软件对前舱盖进行了结构优化设计.首先,对电动汽车前舱盖进行了行人头部碰撞仿真模拟,计算出其头部损伤值HIC;其次,利用折衷规划法对前舱盖内板进行了多目标拓扑优化设计,并且对改进后的模型进行了碰撞仿真及结构强度验证;最后,运用自适应响应面法对前舱盖内、外板进行了多目标尺寸优化设计.优化结果表明:改进后的前舱盖总质量减少8.8%;其低阶固有频率值均大于共振频率;改进后的前舱盖HIC值为858.6,达到了我国行人安全保护法规的标准.【总页数】6页(P73-78)
【作者】韩善灵;吕兴栋;卢翔;刘成强
【作者单位】山东科技大学交通学院,青岛266590;山东科技大学交通学院,青岛266590;山东科技大学交通学院,青岛266590;山东时风集团有限责任公司,聊城252800
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于HyperWorks某电动汽车车架的有限元建模及模态分析 [J], 尹安东;徐俊波;龚来智;赵立辉
2.基于HyperWorks的纯电动汽车前舱盖模态优化分析 [J], 吕兴锋
3.基于HyperWorks的纯电动汽车前舱盖模态优化分析 [J], 吕兴锋
4.基于HyperWorks某三轮汽车车架多目标优化设计 [J], 张先航;丁友鹏;王强;王远浩;赵建国;孔祥华
5.基于 HyperWorks 的电动汽车车架有限元分析 [J], 尹安东;龚来智;王欢;徐俊波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种轿车前挡玻璃[实用新型专利]

专利名称：一种轿车前挡玻璃专利类型：实用新型专利
发明人：曹素睿
申请号：CN200820191161.3申请日：20081006
公开号：CN201268208Y
公开日：
20090708
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种轿车前挡玻璃，由前玻璃板和两侧玻璃板组成，特点是其具有两侧玻璃板。

前玻璃板与侧玻璃板之间变截面曲面圆滑过渡。

前玻璃板与侧玻璃板整体成型。

外形
成“∩”形，侧视近似“”形。

两侧玻璃板左右对称。

本实用新型与现有技术相比的优点是，安装本实用新型一种轿车前挡玻璃的轿车，固定前挡玻璃的侧柱后移至驾驶员的侧面，消除了驾驶员侧前方的盲区，可以开阔驾驶员的视野，提高轿车的安全性。

安装本实用新型一种轿车前挡玻璃的轿车，其固定前挡玻璃的接口要做适应性更改。

申请人：曹素睿
地址：430035 湖北省武汉市硚口区古田二路航天城
国籍：CN
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一种汽车前保险杠结构[实用新型专利]

专利名称：一种汽车前保险杠结构专利类型：实用新型专利
发明人：刘二丽
申请号：CN201721603691.X 申请日：20171127
公开号：CN207711994U
公开日：
20180810
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种汽车前保险杠结构，包括挡板，所述挡板前侧开有中部开有第一凹槽，所述第一凹槽内部设有第一缓冲机构，所述挡板前方两侧分别开有第二凹槽，所述第二凹槽内部转动连接有滚轴，所述挡板中部下方开有第一通孔，所述第一通孔两侧分别开有第二通孔。

通过第一缓冲机构能够有效对正面来的冲击进行有效缓冲分解，通过第二凹槽内部的滚轴和海绵层能够有效缓解侧方来的冲击，第二缓冲机构的设置使得碰撞产生的冲击力进行二次缓冲，使得冲击力被二次分散，从而减少了碰撞的冲击对车体和驾驶人员的伤害，第一通孔是方便空气流动，能够流入汽车前罩内部，降低内部器件温度，第二通孔的设置是使得车灯光线可以顺利通过。

申请人：刘二丽
地址：050599 河北省石家庄市灵寿县灵寿镇古城东路218号
国籍：CN
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一种新型轿车前舱盖结构优化分析刘小丽王洪斌张林波叶远林奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖，241009摘要：本文首先对某一款轿车前舱盖总成进行有限元分析，采用HyperMesh/OptiStruct 对不合格项进行拓扑优化，最后利用MeshWorks软件对内板加强筋进行参数化设计及分析，找到影响前舱盖刚度的主要因素。

在此基础上进行优化设计，在提升模态刚度的同时减轻了重量。

关键词：前舱盖有限元分析拓扑优化参数化0 概述汽车前舱盖总成是汽车的重要组成部分，它既起到空气导流作用，又保护发动机及周边管线配件等，还可以充分防止冲击、腐蚀、雨水以及电干扰等不利影响，它在结构上一般由外板和内板组成，内板起到增强刚度的作用，属于一种骨架式结构。

在设计中要求前舱盖总成模态和刚度满足实际需要且质量最轻，否则影响车辆的整体安全性与NVH性能。

鉴于前舱盖总成在现代汽车设计中的重要性，本文主要通过有限元分析方法，利用HyperMesh建立有限元离散模型和前处理工作，采用有限元求解器进行计算求解。

通过分析结果对比，利用OptiStruct与MeshWorks软件在不改变前舱盖整体外形的情况下对前舱盖总成进行结构优化设计，并运用有限元求解器对最终优化后的前舱盖进行抗凹性能检验。

1模型概况前舱盖总成有限元模型以钣金件为主，模型主要采用壳单元和实体单元进行建模：其中壳单元总共25189个，实体单元9440个。

前舱盖钣金件之间的连接主要采用CWELD单元、RBE2单元、胶单元及节点重合等，铰链销轴则采用CBEAM单元模拟。

前舱盖总成质量为17.5kg，模型的材料属性见表1-1，其中前舱盖总成结构有限元模型如下图1-1所示。

表1-1 模型材料属性材料弹性模量E（MPa）泊松比μ 密度ρ（t/mm3）钢 2.10×1050.3 7.80×10-9胶 15.2 0.49 1.0×10-9图1-1 前舱盖内板有限元模型2 模型分析2.1前舱盖的约束模态分析主要通过约束前舱盖锁以及铰链安装点处的自由度，模拟前舱盖固定在车身上的锁止状态从而计算其约束模态，计算结果见表2-1所示，其位移云图与应变能云图见图2-1、2-2所示。

从分析可知第一阶约束模态较低不满足设计要求。

图2-1 前舱盖内板位移云图图2-2 前舱盖内板应变能云图表2-1 模型约束模态计算结果阶次 1 2 3 4 频率（Hz） 21.52 27.7 44.92 77.072.2前舱盖刚度分析刚度分析主要考察六种工况：（1）扭转刚度1（约束前舱盖锁）；（2）扭转刚度2（约束缓冲块）；（3）横向刚度；（4）内板侧梁中点处侧梁刚度；（5）前梁刚度；（6）后梁刚度。

刚度分析考察点位置如图2-3所示，考察不同位置点处在不同工况与不同载荷下的抵抗变形能力。

由计算结果表2-2可知六种刚度分析中前舱盖总成横向刚度不满足要求。

表2-2 模型刚度计算结果工况刚度值扭转刚度1（Nm/deg） 156 扭转刚度2（Nm/deg） 167.7 横向刚度（mm） 2.03 侧梁刚度（N/mm） 97.5 前梁刚度（N/mm） 591.5 后梁刚度（N/mm）128.7图2-3刚度考察点在前舱盖位置示意3 前舱盖内板结构优化分析由上面分析可知本前舱盖总成约束模态与横向刚度均不满足设计要求，且前舱盖总成质量较重，需要对前舱盖总成进行优化改进。

对于前舱盖总成来说，外板及铰链的形状一般不可以改变，可以对其他组成件优化，包括其形状和材料厚度。

本文在保证前舱盖总成外板形状不变的情况下，对前舱盖内板及加强件结构进行优化和减重设计。

现实中，前舱盖内板结构多种多样，这里仅考察内板结构优化设计对前舱盖总成模态与刚度的提升影响，具体方法如下：方案一：根据上面分析中的应变能分布以及实际情况，对内板加强筋进行部分修改，如图3-1所示，模型质量为16.9kg 计算结果如表3-1所示，其模态分析应变能云图见图3-2所示。

由计算可知其一阶模态与横向刚度依旧不满足设计要求，需要进一步进行优化改进。

图3-1 方案一内板结构示意图图3-2 方案一内板模态分析应变能云图表3-1 方案一前舱盖总成模态刚度计算结果表工况第一阶约束模态（Hz）扭转刚度1（Nm/deg）扭转刚度2（Nm/deg）横向刚度（mm）侧梁刚度（N/mm）前梁刚度（N/mm）后梁刚度（N/mm）模态/刚度值22.41165.1179.41.9187.1565.5137.8方案二：由于简单的更改没有达到目的，本方案首先通过optistruct 优化软件对原方案前舱盖内板进行拓扑优化，在给定的空间结构中生成优化的形状及合理材料分布，确定内板的最优结构趋势，优化结果云图如图3-3所示，根据此优化云图初步确定了内板加强筋的布置如图3-4所示。

再在此基础上对于主要加强筋的尺寸参数进行优化。

具体做法如下：应用Meshwork 中的Parametrization 下的参数化工具对内板部分结构进行参数化设计；在Shape Parameter 面板下对加强筋宽度、高度以及内板左右侧梁宽度进行参数化设计，其中内板左后侧梁与内板中间处加强筋参数化具体位置以及截面增大方向如图3-5所示；参数化数据范围在10-30mm 内进行选取。

参数化后各模态刚度计算结果见表3-2。

图3-3 Optistruct 优化结果云图图3-4 方案二内板初期结构示意图图3-5侧梁与加强筋变形位置及截面变形方向示意图图3-6侧梁与加强筋参数化后宽度高度增加量示意图表3-2 参数化内板加强筋高、宽以及内板左右侧梁宽度后前舱盖模态刚度计算结果表工况内板中间处加强筋内板两侧梁加宽宽高 15mm20mm 25mm 5 mm 10 mm 15 mm 15 mm 20 mm 25 mm 一阶模态（Hz） 23.3225.2524.2623.5623.8924.8123.1924.9224.03扭转刚度1（Nm/deg） 161.86 166.75 161.43161.52163.54162.93160.45 164.12 157.34扭转刚度2（Nm/deg） 160.21 165.98 162.13161.54163.66162.87161.74 163.89 158.41横向刚度（mm） 1.811.521.671.821.781.671.81.531.64侧梁刚度（N/mm） 126.1118.9121.3120.4117.2104.6122.6110.4106.7前梁刚度（N/mm） 704.3669.9694.2681.4672.1679.8653.7642.8661.2后梁刚度（N/mm）134.6171.3166.8142.3165.9167.5146.5186.8151.3从表3-2计算结果可知，加强筋宽度以及内板侧边梁宽度对前舱盖的模态及横向刚度影响较大，且影响趋势在设定的参数化范围内并不是线性变化的。

于是，对参数化方案进行组合优化，得到最终的加强筋的尺寸设计方案如图3-6所示。

最终的设计方案对部分零件的料厚进行调整优化，最终状态的前舱盖总成质量为15.5kg，比原设计减轻约11.4%。

其模态刚度计算结果如表3-3所示。

表3-3 前舱盖总成模态刚度计算结果对比表工况第一阶约束模态（Hz）扭转刚度1（Nm/deg）扭转刚度2（Nm/deg）横向刚度（mm）侧梁刚度（N/mm）前梁刚度（N/mm）后梁刚度（N/mm）方案二 25.38 158.6 162.5 1.50 102.44 673.4 164.45 由表3-3可知，方案二在减重与模态刚度分析中结果较为理想，其一阶模态与刚度均基本满足设计要求，且在减重上比其他方案较为理想，故最终选定为设计方案。

再对方案二进行抗凹性能验证，其验证取点位置如图3-7所示，其抗凹分析结果见表3-4所示，其抗凹性均满足强度要求，但其抗凹性能与行人保护头部碰撞分析有待进一步研究验证。

表3-4 方案二前舱盖总成抗凹性算结果表取点最大位移（mm）残余位移（mm）1 4.560.132 6.670.353 9.910.624 4.620.125 6.970.196 4.73 0.087 5.440.088 5.130.07图3-7 方案二抗凹分析取点位置示意图4结论通过对前舱盖的优化设计分析找到了最优设计方案，该方案可使前舱盖总成模态提高18%，侧向刚度提高26%，前舱盖总成重量减轻11.4%。

且优化后的前舱盖总成抗凹性能满足设计要求。

本优化方法可以对前舱盖总成设计产生积极的指导作用，在设计初期可以大大节约新产品的设计资源，并提升设计质量和效率。

5参考文献[1] 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[J] . 汽车工程，2007，29(7).[2] 李剑，蔡军. 长安汽车轻量化探讨. 长安科技2001年第7卷第4期,15-18.[3] 张胜兰，郑冬黎，郝琪，李楚林. 基于Hyperworks的结构优化设计技术. [M]北京，机械工业出版社，2007.10.[4] 隋允康，杜家政，彭细荣编著.MSC.Nastran有限元动力分析与优化设计使用教程 [M].北京：科学出版社，2004.[5]于开平，同传月，潭惠丰等.HyperMesh 从入门到精通。

[M]北京，科学出版社，2005.Structure Optimization Analysis for A New Typeof Vehicle Engine HoodLiu Xiaoli Wang Hongbin Zhang Linbo Ye YuanlinAbstract: The finite element analysis of a hood is performed. A topology optimization is conducted by using HyperWorks/OptiStruct to achieve the design target. The improvement plan with the rib’s dimension is developed for parametric study. The modal frequency & stiffness of the hood are improved with weight reduction.Key words: Hood, Finite Element Analysis, Topology Optimization, Parametric Study。