2500型压裂车副车架拓扑优化及分析

．
厂 是 目标 函数 ； ） ｇ ） （ 是不等式约束 函数 ；
拓扑优化是一种数学方法 ，能在给定的空 间结 构 中， 生成优化的形状及材料分布， 将区域离散成优
先 的单元网格 ， 为每个网格计算材料特性 。 在给定的
（） 是等式约束 函数 ；
上角标 是指 Ｌ ｗ ｒ ｉ ｉ 即下 限； ｏ ｅＬｍｔ ， 上角标 ｕ是指 Ｕ ｐｒ ｉｉ 即上限。 ｐｅ ｍｔ Ｌ ， 其 中 目 函数和约束 函数是从有限元模型 中获 标
９所示 ：
等重力所在 的位置 ，可在该位置根据发动机的布置 增加横梁 ， 在后续 的分析中 ， 可分别分析原车架和增
型， 可见拓扑优化 ， 可以为新车架 的设计提供一个新 的思路 。
参考 文献 ：
【］ １余传文． １ 重型载货 汽车车架结构 的有 限元仿真及优 化［ 】吉 Ｄ． 林： 吉林大学 ，０ ５ ２０ ．
图 ８ 弯 曲工况拓扑优化结果
约束条件下 ，采用变密度法等算法 ，更改材料 的分 布 ， 留有效的材料 ， 保 即在满足结构 的约束情况下 ， 得 ，设计变量 是一个矢量 ，其选择依赖于优化模 型 。在拓扑优化 中 ， 变量为单元密度 ， 设计 即采用变 减少结构的变形能（ 相当于提高结构的刚度 ）。 【 ２ 】
拓扑优化过程 ，就是通过将无效 的或低效 的材 密度法求解 ，其基本思想是将连续结构体离散为有 引入一 种假想 的密度值在 【，】 ０ｌ 之间的 料逐步去掉 ， 以得到最终结构 。对于连续体结构拓扑 限元模型后 ， 以每个单元 的密度为设计变量 ， 将拓 优化的最大优点 ， 是能在不知道结构形状的前提下 ， 密度可变材料 ，
度最小 （ 柔度可看 为刚度的倒数 ， 柔度最小则相应 的

拓扑优化在底盘结构设计中的应用一、引言底盘结构是机器人设计和制造的核心，它与机器人的稳定性、功能性、安全性等密切相关。

为了不断提高机器人的性能和适应能力，拓扑优化在底盘结构设计中得到了广泛的应用。

该技术可以通过最优化结构形态来减轻底盘自身重量，提高刚度和强度，提高机器人的负载能力和速度稳定性，有效提高机器人的综合性能。

本篇文章将介绍拓扑优化在底盘结构设计中的应用。

二、拓扑优化的基本原理拓扑优化是一种通过工程技术手段把机械结构进行形态最优化的方法。

其原理基于有限元分析，主要通过材料分布的改变来优化材料的使用效率和结构的强度。

拓扑优化技术不仅可以在结构设计中降低材料的使用量，提高生产效率，还可以降低结构重量，并提高结构的稳定性和刚度。

其核心优化算法是根据一定的设计空间和约束条件，在计算机优化软件中寻找最优解。

三、拓扑优化在底盘结构设计中的应用1.优化结构形态拓扑优化技术可以通过对底盘结构的形态进行优化，最优化结构形态，实现最大限度的材料节省和最小化底盘结构的自重。

在形态优化过程中，设计者可以定义材料的分布限制，同时考虑强度、刚度等机械性能指标，从而提高结构的稳定性和可靠性。

2.优化材料分布在机器人底盘结构设计中，由于需要考虑材料强度和支撑能力，此时非常适用于拓扑优化技术。

在使用拓扑优化技术进行底盘结构优化时，可以通过改变材料分布来改变材料的使用效率，从而达到最佳的材料控制效果。

常用拓扑优化方法是添加限制条件，如最小刚度、最大变形等条件。

3.优化机器人性能底盘的稳定性、可控性和可靠性直接影响机器人的性能和有效负载能力。

利用拓扑优化，设计者可以通过减少材料使用量来减轻底盘的自重，提高机器人的负载能力和速度稳定性，从而有效提高机器人的综合性能。

4.提高生产效率由于底盘结构的制造复杂度和生产周期的影响，机器人产量和制造成本难以控制。

在使用拓扑优化进行底盘结构设计时，可以通过减少材料使用量来减轻底盘的自重，从而促进生产效率和减少制造成本。

拓扑优化的主要困难在于满足一定功能要求的结构拓扑具有无穷多种形式，
并且这些拓扑形式难以定量的描述即参数化。
发展概况
Michell在1904年在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念，用解析 分析的方法研究了应力约束、单荷载作用下的结构，得到最优桁架所应 满足的条件，后称为Michell准则，并将符合Michell准则的桁架称为 Michell桁架．也称最小重量桁架．这被认为是结构拓扑优化设计理论研 究的一个里程碑．
N e 1 e e


（2 ）
v
V
e 0,1, e 1,2, , N
当分析网格与栅格吻合时，刚度矩阵就可以写成如下形式:
Klin e Ke
e 1
N
（3 ）
其中[Ke]为单元刚度矩阵，下标lin表示它与设计变量是线性关系。
如果我们希望将问题设定成一个标准的嵌套式方程，其中要求平衡条 件能排除使刚度矩阵奇异的情况，可以用一个很小但非零的值


v
e 1 e
N
（9 ）
e
V
0 e 1, e 1,2,, N
在SIMP模式中选择P>1是为了使中间密度值不可取，也就是说中间密度的刚
度矩阵与体积相比是很小的，当体积约束在优化问题中起主导作用时，如果我们
将p取的足够大（根据经验可取p≥3），这将会导致黑白（即0-1）设计问题。
如果结构的边界形状可以用一条曲线(曲面)的方程来描述，那么形状优化的目的 就是要求得最佳边界形状所对应的曲线(曲面)方程。对于大多数实际的形状优化 问题，结构的边界形状常常采用一组适当的基函数并附加一些可以自由变化的参 数来描述，此时，这些自由参数就可以选作形状优化的设计变量。对于平面桁架 结构，节点的位置亦可以作为形状优化的设计变量，变化节点的位置坐标可以大 大改善结构的力学性能。

-1整数变量问题变为0～1间的连续变量优化模型，获得方程（在设计变
量上松弛整数约束）的最直接方式是考虑以下问题：
min u,
uout
N
s.t.: min 1 min e Ke u f e1
N
vee V
e1
0 e 1, e 1,2,, N
其中 e 可取0-1之间的值
（6）
然而这种方程会导致较大区域内 e 是在0-1之间的值，所以必须添加额外 的约束来避免这种“灰色”区域。要求是优化结果基本上都在 e 1 或
而对于结构拓扑优化来说，其所关心的是离散结构中杆件之间的最优 连接关系或连续体中开孔的数量及位置等。拓扑优化力图通过寻求结构的 最优拓扑布局(结构内有无孔洞，孔洞的数量、位置、结构内杆件的相互 联接方式)，使得结构能够在满足一切有关平衡、应力、位移等约束条件 的情形下，将外荷载传递到支座，同时使得结构的某种性能指标达到最优。 拓扑优化的主要困难在于满足一定功能要求的结构拓扑具有无穷多种形式， 并且这些拓扑形式难以定量的描述即参数化。
结构渐进优化法(简称ESO法)
通过将无效的或低效的材料 一步步去掉，获得优化拓扑，方法通 用性好，可解决尺寸优化，还可同时 实现形状与拓扑优化(主要包括应力， 位移／刚度和临界应力等约束问题的 优化)。
2.问题的设定
柔顺机构的拓扑优化
首先假设线性弹性材料有微小的变形
柔顺结构的一个重要运用在于机电系统（MicroElectroMechanical Systems(MEMS),在该系统中小规模的计算使得很难利用刚体结构来实现铰链、 轴承以及滑块处的机动性。
如果我们只考虑线性弹性材料（只发生微小变形）的分析问题，则决定 输出位移的的有限元方法公式为：

某车型副车架模态拓扑优化设计沈智达 陈海树 刘双宇（华晨汽车工程研究院 辽宁沈阳 ）摘要：本文以某车型副车架为例，介绍了基于拓扑优化方法，应用有限元软件HyperWorks的OptiStruct模块建立有限元模型的过程。

通过优化计算，使一阶扭转模态值达到最佳水平，并对优化结果进行了台架试验对比验证，优化结果可为同类产品设计提供参考。

关键词：拓扑优化模态频率副车架有限元分析引言：汽车底盘的主要性能是舒适性和操控性，悬挂系统的设计和匹配上设计师们都尽可能的用一些复杂结构来实现舒适性和操控性的平衡，而一些对舒适性和操控性影响较大的装备和设计也应运而生，副车架就是一个典型的代表。

副车架实际是一个支撑车桥和悬架的支架，汽车的行走系统（也就是车桥，包括车轮、轮轴、差速器等部件）通过悬架元件先安装在这个支架上，再作为一个整体总成，用起减振抗扭作用的弹性橡胶垫连接到车身上。

副车架的作用，相当于在悬架和车身之间增加了一级缓冲，它减轻了车身的负荷，可以明显改善整车的舒适和操控性。

另外，由于副车架结构的出现，前桥和后桥从原来的零散部件变成了整体总成，这对汽车的平台化设计以及生产装配的便利性，都有很大的好处。

副车架的成本一直很高，所以它以前更多出现在豪华车身上。

现在，随着技术的进步以及成本的降低，它已经逐步向低端车型扩展，甚至有的紧凑级别车型也开始采用这种设计。

优化方法概述：汽车零部件结构优化设计是指在不影响零部件的强度和性能的基础上，通过设计质量轻的产品达到降低汽车制造成本的目的。

结构优化通常分为尺寸优化，形状优化，拓扑优化和结构类型优化等。

其中尺寸优化和形状优化技术已经比较成熟，但对结构优化所起的作用有限。

结构拓扑优化又称为结构布局优化，它是一种根据约束，载荷及优化目标而寻求结构材料最佳分配的优化方法，主要应用在产品开发的初始阶段，是一种概念性设计，对最终产品的成本和性能有着决定性影响。

变密度法是连续体结构拓扑优化的常用方法之一，其基本思想是引入一种假设的密度可变材料，将连续结构体离散为有限元模型后，使结构中的每个有限单元内的密度制定相同，并以每个单元密度为设计变量。

拓扑优化1. 什么是拓扑优化拓扑优化是一种通过调整物体内部的结构来优化其性能的方法。

在工程领域中，拓扑优化被广泛应用于设计和优化各种结构和组件，如桥梁、飞机翼、汽车车身等。

通过优化结构的拓扑，可以实现减少材料使用、降低重量、提高强度和刚度等目标。

2. 拓扑优化的原理拓扑优化的原理基于有限元分析和优化算法。

首先，通过建立数学模型将待优化的物体离散化为有限个小单元，然后通过有限元分析计算每个单元的应力和变形。

接下来，通过优化算法对单元进行重新排列和连接，以达到优化目标。

最后，通过迭代计算和优化，得到最佳的拓扑结构。

3. 拓扑优化的优势拓扑优化相比传统的设计方法具有以下几个优势：•轻量化设计：通过优化结构的拓扑，可以减少材料使用，从而降低产品的重量，提高材料利用率。

•强度和刚度优化：通过调整结构的拓扑，可以使得产品在承受外部载荷时具有更好的强度和刚度，提高结构的耐久性和可靠性。

•自由度增加：拓扑优化在设计中引入了更多的自由度，从而可以实现更多创新的设计方案和拓扑配置。

•快速迭代：拓扑优化通过不断迭代计算和优化，可以快速地获得最佳的拓扑结构，节省设计时间和成本。

4. 拓扑优化的应用领域拓扑优化可以应用于各种领域，包括但不限于以下几个方面：4.1 机械工程在机械工程领域，拓扑优化广泛应用于各种机械结构的设计和优化。

例如，通过优化产品的拓扑结构，可以减少材料使用，降低重量，提高产品的强度和刚度。

4.2 建筑工程在建筑工程领域，拓扑优化可以应用于桥梁、建筑结构等的设计和优化。

例如，通过优化结构的拓扑，可以减少材料使用，降低建筑物的重量，提高抗震性能。

4.3 航空航天在航空航天领域，拓扑优化可以应用于飞机、航天器等的设计和优化。

通过优化结构的拓扑，可以减少飞机的重量，提高燃油效率，降低运营成本。

4.4 汽车工程在汽车工程领域，拓扑优化可以应用于汽车车身、底盘等的设计和优化。

通过优化结构的拓扑，可以减少汽车的重量，提高燃油效率，提高操控性能。

对轿车副车架设计与优化的研究洪磊发布时间：2023-05-31T11:36:09.668Z 来源：《中国电业与能源》2023年6期作者：洪磊[导读] 目前，轿车副车架设计质量提升，受到行业内关注。

本文将针对轿车载荷情况和典型工况设计情况，对轿车副车架设计开展优化，设计优化中应用三维CAD软件，提高设计质量。

最终完成构件的强度计算，借此分析优化设计后的轿车副车架优势。

研究发现，通过优化设计后的副车架可通过减小板材厚度的方式，实现车架减重的效果，进而提升轿车的整体性能。

本文关于轿车副车架性能优化的研究，可供其他同行工作参考。

宁波汇众汽车车桥制造有限公司 315033摘要：目前，轿车副车架设计质量提升，受到行业内关注。

本文将针对轿车载荷情况和典型工况设计情况，对轿车副车架设计开展优化，设计优化中应用三维CAD软件，提高设计质量。

最终完成构件的强度计算，借此分析优化设计后的轿车副车架优势。

研究发现，通过优化设计后的副车架可通过减小板材厚度的方式，实现车架减重的效果，进而提升轿车的整体性能。

本文关于轿车副车架性能优化的研究，可供其他同行工作参考。

关键词：副车架；优化设计；轿车引言：研究发现，汽车底盘性能很难兼顾舒适性、操控性，两者是相互矛盾的。

针对悬挂系统的设计，设计者会选用一些复杂结构来尽量保障操控性和底盘舒适性的平衡，而轿车副车架发挥的就是这方面的作用。

简单地说，副车架的作用显著，可看作前后车桥的骨架，属于轿车的重要构成。

传统副车架设计中应用的是承载式车身，这种方式会影响操作性能，随着副车架设计的完善，悬挂系统结构发生了改变，由散件变成了总成，操作中稍作调校便可实现良好匹配的效果。

基于这种结构的副车架设计，除了方便和优越性要得到保障以外，还要兼顾舒适性和悬挂刚度等具体需求。

1副车架的作用原理对于副车架来说，在设计中需满足性能需求，副车架的突出作用是控制路面震动的传入，借此增加行车的舒适性。

同时，借助副车架的设计，还可以强化悬挂系统连接刚度，从而提升安全性。

《北京汽车》2010.No.2北京汽车文章编号：1002-4581（2010）02-0013-03副车架有限元分析及设计优化蒋玮Jiang Wei（上海汇众汽车制造有限公司产品工程部，上海200122）摘要：利用CAE、CAD技术对新开发的某轿车副车架进行有限元分析及设计优化，并通过试验验证设计的可靠性，从而建立合理可行的结构件设计开发流程。

关键词：副车架；有限元；优化设计；试验验证中图分类号：U463.32.02文献标识码：A随着汽车业竞争压力的加剧，CAE技术在零部件开发中被广泛使用。

目前国内外汽车结构件的设计多采用运动学分析来获得硬点、包络面及载荷等设计输入，利用有限元分析评判设计的合理性，并通过试验验证分析设计的可靠性，将设计、计算机仿真和试验有效地结合起来，大大缩短了开发周期[1]。

文中以轿车副车架作为研究对象，对设计模型进行CAE分析，并根据分析结果进行设计优化，使所设计的副车架满足设计要求。

同时通过台架模拟试验验证了CAE分析及设计的可靠性。

1概述副车架是轿车底盘中非常重要的安全及承载件，作为轿车前部的承载基体，支撑着所有簧上质量[1]，承受和传递汽车行驶过程中所产生的各种力和力矩。

因此，副车架的刚度、强度、疲劳寿命等对车辆整体的强度、操纵稳定性及安全性起到至关重要的作用。

按副车架本身工艺特性来分，有冲压焊接和液压成型焊接两种。

文中所介绍的副车架为大型冲压焊接件。

该副车架的主要结构是由两根横梁和两根纵梁以及一些附属支架通过焊接构成，焊接方式为电弧焊，具体结构见图1所示。

1、前梁2、后梁3、右梁4、左梁5、发动机前支架6、发动机后支架7、控制臂前支架8、控制臂后支架9、前套筒10、后套筒11、稳定杆安装孔12、转向机安装孔13、前加强片2有限元模型的建立2.1网格划分[2]网格划分采用Hypermesh软件，副车架本体网格单元采用壳单元，以四边形为主，三角形为辅，焊缝网格采用壳单元中的四边形。

白车身扭转刚度分析及拓扑优化Torsion Stiffness Analysis and TopologyOptimization of Body in White摘要: 白车身（Body in White, BIW）的扭转刚度是车身重要的力学性能之一，对整车各方面的性能有着直接或间接的影响。

本文在已有量产车型基础上，运用HyperMorph工具建立了轴距加长150 mm对应的Morph模型。

以Morph模型为研究对象，以扭转工况对应的柔度最小化为目标，利用OptiStruct软件进行了拓扑优化分析。

基于拓扑优化结果，对后地板横梁加强板、连接板、后围结构进行了形状优化和截面优化，优化后扭转刚度提升了4.85 %，对后续的设计具有一定的指导意义。

关键词:白车身，Morph模型，扭转刚度，OptiStruct，拓扑优化Abstract:The torsion stiffness of the Body in White (BIW) is one of the important mechanical properties of the body, and has a direct or indirect effect on the performance of all aspects of the vehicle. In this paper, based on the existing production models, the corresponding Morph model with 150 mm longer wheelbase was established by using HyperMorph tool. Then, taking Morph model as the research object and aiming at minimizing the compliance corresponding to the BIW torsion condition, topology optimization analysis was carried out by using OptiStruct software. Finally, based on the results of topology optimization, shape and section optimization were carried out for the rear floor beam reinforcing plate, connecting plate and the rear frame structure. As a result, the torsion stiffness is improved by 4.85 % after optimization, which has certain guiding significance for the subsequent design.Key words:Body in White, Morph model, torsion stiffness, OptiStruct, topology optimization1 概述随着经济的快速发展，汽车已经成为人们日常生活中不可缺少的交通工具。

if enB max(min , en m) if max(min , en m) enB min(1, en m)
if enB min(1, en m)
xnew = max(0.001,max(x-move,min(1.,min(x+move,x.*sqrt(-dc./lmid)))))
1
nely+2
纵向
e
e
nely+1
2(nely+1)
2 1
8 7
4 3
局部
6 5
(1)
(4)
e
(2)
(3)
整体
KU F (有限元基本方程)
U ——各节点位移矩阵
建立优化模型
目标函数(min& max)

约束函数

设计变量
(x) (e )p
min
C UTF
n
( e ) pueT koue
》top(60,20,0.5,3,3)
在Matlab中运行程序行 top(60,20,0.5,3,3)
迭代次数：10
15
30
69
>imagesc
悬臂梁
左端固支
右端中间作用垂直载荷 p 1
F(2*nelx*(nely+1)+nely+2,1) = -1 fixeddofs = [1:2*(nely+1)] >top(80,50,0.5,3,3)
迭代次数：5
10
29
P1 P2
拓扑优化简介 拓扑优化设计流程 算例
目的：结构轻量化设计
拓扑优化：在给定的设计域 ，约束和载荷条件下， 确定结构构件的连接方式，结构内有无空洞、空洞 数量及位置等拓扑形式。

关于SYL2500型压裂车车架疲劳寿命的分析探讨【摘要】我国1994年起就是石油出口国，担负着国际上石油使用的重要来源之一，因此石油生产出口对石油企业来说既是一种机遇又是一种挑战，由于我国的地形的差异和地质的复杂，我国的石油开发技术和生产技术有很多的挑战和机遇，也存在着许多技术上难以攻克的难关，尤其体现在石油的开发上，在低渗透压或者高注水期的油井在开发到某一个程度时是很难开发出石油的，因此在经过了一段时间的研究与实验，提出了油井压裂技术，有效的为石油的开发提供了有利的条件，但是这种技术由于使用的时间不长，还没有达到健全和完善的地步，因此还存在着许多的弊端和不足，比如在进行压裂技术操作过程中会用到许多的机械设备，大型机械设备聚集工作是一种很危险的情况对，而且机械设备的使用频率很大，直接影响着机械设备的使用寿命。

本文以SYL2500型压裂车车架为研究对象，分析了压裂车所受到载荷的几种典型现象，以及车架疲劳的原因。

对压裂车机械设备的使用敲响了警钟。

【关键词】SYL2500型压裂车压裂车车架载荷受力疲劳寿命影响因素延缓措施1 SYL2500型压裂车简介石油的压裂技术是油气生产中不可或缺的一种增产技术，几乎80%的油井需要压裂技术才能收到较好的开发效果。

在压裂施工中需要许多的机械设备也有许多的大型机械设备最主要的设备是压裂车，这种车体积庞大，如本文介绍的SYL2500型压裂车（最大输出水功率为2 500 hp）重量可达50t以上。

在压裂施工中使用最频繁使用强度最高，而且压裂车的工作环境恶劣，经常在很颠簸的地面上行驶，直接导致车架在振动和冲击载荷下发生疲劳开裂和损伤等情况。

除此之外在压裂车正常工作时本身也会产生较大激振，在工作的循环载荷的压力下再一次对车架造成疲劳损伤。

因此必须找到使得压裂车车架疲劳降低的原因，才能避免疲劳过度延长使用寿命。

2 SYL2500型压裂车车架的使用情况。

要介绍SYL2500型压裂车车架的使用情况就要先介绍SYL2500型压裂车的一些基本情况才能进一步介绍SYL2500型压裂车车架的使用情况，综合上述，以及我国石油的开发使用压裂技术的情况，总结出一下几点建议。

拓扑优化设计在汽车轻量化中的应用汽车轻量化是目前汽车行业最为关注的话题之一，它能够有效地提升汽车燃油效率，降低碳排放，减少环境污染。

在轻量化过程中，拓扑优化设计成为一种非常重要的工具和手段，它能够通过对汽车结构设计进行深入优化，实现轻量化的目标。

本文将对拓扑优化设计在汽车轻量化领域中的应用进行详细探讨。

一、拓扑优化设计的基本原理拓扑优化设计是一种基于自然界优秀形态的设计方法，在工程领域中得到了广泛应用。

其基本原理是通过对结构形态进行重新分布和优化，去除无用部分，加强有用部分，最大限度地利用材料，实现设计目标。

拓扑优化设计主要通过三个步骤完成：定义设计域、建立目标函数和选择优化方法。

其中，定义设计域是非常重要的一步，需要考虑到多种因素，包括材料特性、结构形态、加工难度等。

二、拓扑优化设计在汽车轻量化中的应用实例拓扑优化设计在轻量化领域中有着广泛的应用，其中在汽车领域中的应用较多，下面将分别从车身结构、发动机部件和悬架系统三个方面进行阐述。

1. 车身结构车身结构的轻量化设计是汽车轻量化的重要方向之一，它不仅能够降低车身重量，而且还能够提升车身强度和刚度。

在车身结构中，拓扑优化设计可应用于整车结构的轻量化改进和局部结构件的优化设计。

例如，在一款SUV车的轻量化设计中，针对车身前、中、后部分分别进行了优化设计，经过拓扑优化后，整车质量降低了15%，车身强度提升了20%，同时还提高了燃油效率和行车稳定性。

2. 发动机部件发动机作为汽车的“心脏”，其设计对于汽车性能和轻量化至关重要。

拓扑优化设计在发动机部件的轻量化设计中能够起到非常重要的作用。

例如，在一款柴油发动机的轻量化设计中，通过对气缸盖结构进行优化，经过拓扑优化后，气缸盖质量降低了30%，同时还提升了气缸盖的强度和耐磨性。

3. 悬架系统悬架系统是汽车的重要组成部分之一，其设计对于汽车行驶舒适性、稳定性和安全性都有着非常重要的影响。

拓扑优化设计在悬架系统的轻量化设计中也有着应用，例如，在一款商用车的悬架系统中，通过对转向节进行优化，经过拓扑优化后，转向节的质量降低了40%，同时还提升了悬架系统的稳定性和耐久性。

拓扑优化什么是拓扑优化？拓扑优化是指形状优化，有时也称为外型优化。

拓扑优化的目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案。

这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。

与传统的优化设计不同的是，拓扑优化不需要给出参数和优化变量的定义。

目标函数、状态变量和设计变量（参见“优化设计”一章）都是预定义好的。

用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型、载荷等）和要省去的材料百分比。

拓扑优化的目标——目标函数——是在满足结构的约束（V）情况下减少结构的变形能。

减小结构的变形能相当于提高结构的刚度。

这个技术通过使用设计变量（ i）给每个有限元的单元赋予内部伪密度来实现。

这些伪密度用PLNSOL，TOPO命令来绘出。

例如，给定V=60表示在给定载荷并满足最大刚度准则要求的情况下省去60%的材料。

图2-1表示满足约束和载荷要求的拓扑优化结果。

图2-1a表示载荷和边界条件，图2-2b表示以密度云图形式绘制的拓扑结果。

图2-1 体积减少60%的拓扑优化示例如何做拓扑优化拓扑优化包括如下主要步骤：1．定义拓扑优化问题。

2．选择单元类型。

3．指定要优化和不优化的区域。

4．定义和控制载荷工况。

5．定义和控制优化过程。

6．查看结果。

拓扑优化的细节在下面给出。

关于批处理方式和图形菜单方式不同的做法也同样提及。

定义拓扑优化问题定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。

用户需要定义材料特性（杨氏模量和泊松比），选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条件做单载荷步或多载荷步分析。

参见“ANSYS Analysis Procedures Guides”第一、二章。

选择单元类型拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和壳单元。

要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：二维实体单元：SOLID2和SOLID82三维实体单元：SOLID92和SOLID95壳单元：SHELL93二维单元用于平面应力问题。

指定要优化和不优化的区域只有单元类型号为1的单元才能做拓扑优化。

基于99行程序的拓扑优化学习报告（一）背景和前言随着汽车工业的飞速发展以及日益突出的能源问题，汽车工业面临的挑战以及竞争环境也越来越激烈，对汽车产品提出了降低其制造成本及燃油经济性的新要求。

在提高汽车安全性、减少汽车排放和解决能源消耗的背景下，提出了汽车轻量化技术。

实现汽车轻量化的途径包括三个方面：结构优化技术、新型材料和先进性制造工艺。

其中，我们所讨论的是结构优化技术，其中结构优化设计分为三个层次：尺寸优化（Size Optimization）、形状优化（Shape Optimization）和拓扑优化（Topology Optimization）。

本文我们基于99行matlab程序初步学习拓扑优化技术中的理论和优化方法。

拓扑优化技术指的是在给定的设计空间内寻求最佳的材料布局，同时在满足平衡方程、物理关系、几何关系和边界约束条件下使得结构达到某种性能最优的应用技术。

拓扑优化的理论研究最早可以追溯到Michel提出的桁架理论，连续体结构的拓扑优化由于描述和数值计算得困难，发展一直相对缓慢，直到Bendsoe和Kikuchi在1988年提出的均匀化方法之后才得到迅速的发展，其基本思想是在组成拓扑结构中引入微结构，通过微结构的几何参数作为设计变量，通过微结构的增加和删减实现结构的拓扑形状的改变，实现拓扑优化和尺寸优化的统一。

在微结构的基础上，我们介绍变密度法的应用，变密度法是在均匀化方法的基础上产生的，把材料引入微结构代之以密度在0~1之间变化的假想材料，把密度作为设计变量，从而实现材料的删减，因其模型简单、计算变量相对较少成为目前广泛采用的方法。

根据不同的插值模式，变密度法又有不同的插值模型：SIMP法（Solid Isotropic Material with Penalization）、Hashin-Shtrikman法，以及RAMP法（Rational Approximation of Material Properties）。

10.16638/ki.1671-7988.2019.06.052某车型前副车架轻量化优化分析周丽杰（爱驰汽车（上海）有限公司，上海200090）摘要：某款车型前副车架在设计阶段，进行结构耐久仿真分析时发现前副车架的焊缝疲劳存在开裂风险。

利用OptiStruct 的优化功能，对副车架进行灵敏度分析和尺寸优化设计，得到副车架的最优结构尺寸。

优化后的副车架质量减少1.2%，且焊缝寿命提高64-85%。

关键词：前副车架；OptiStruct；焊缝疲劳；轻量化；优化中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988(2019)06-156-02The light weigh and optimization analysis of the front sub-frame of a vehicleZhou Lijie（AIWAYS Automobile(Shanghai) Co., Ltd, Shanghai 200090）Abstract: In the design stage of the front sub-frame of car, the weld fatigue of the front sub-frame is found to be at risk of cracking. By using the optimization function of OptiStruct, the sensitivity analysis and dimension optimization design of the sub-frame are carried out, and the optimal structural dimensions of the sub-frame are obtained. The quality of the optimized sub frame is reduced by 1.2%, and the life of the weld is increased by 64-85%.Keywords: front sub-frame; Weld fatigue; light weigh; optimizationCLC NO.: U467 Document Code: B Article ID: 1671-7988(2019)06-156-02引言对于新能源电动汽车来说，减轻重量，实现轻量化，对增加其行驶里程和提高车身的耐久性和安全性有着非常重要的意义，有目标地减轻汽车自身的重量就成为必然的途径。

基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究共3篇基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究1基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究随着汽车行业的快速发展，越来越多的汽车制造商在车辆设计中使用有限元分析技术来优化其设计。

车架结构作为汽车的基础组件，其性能直接影响整个车辆的安全性和稳定性。

因此，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究成为了汽车行业的热点问题。

首先，对车架结构进行有限元分析。

有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，通过对车架结构进行建模、分析，可以预测车架在受力情况下的变形和应力分布，为车架结构的设计优化提供依据。

在分析过程中，需要考虑到汽车运行时架构所受的各种载荷，如重载、碰撞、悬挂等，并基于此建立合理的有限元模型，以获取准确的分析结果。

其次，在有限元分析的基础上，进行车架结构的拓扑优化。

拓扑优化是一种通过对物体表面进行材料、几何形状和边界条件的优化来减小物体质量而不牺牲其刚度或强度的过程。

在车架结构的拓扑优化中，需要变化车架结构的拓扑形状和尺寸，以达到最优的结构几何形状，并在不降低其强度和刚度的情况下降低其重量。

这些优化参数将被输入到有限元模型中，以验证优化方案的准确性和可行性。

最后，结合有限元分析和拓扑优化技术，开展实验研究。

实验研究是验证车架结构有限元分析和拓扑优化方案可行性的关键步骤。

通过对车架结构进行真实场景的测试和检验，可以检验分析结果和优化方案的准确性与可靠性，并对分析程序和拓扑优化技术进行改进和优化。

综上所述，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术研究是目前汽车设计领域的热点问题。

这种技术的模拟和验证可以为车辆制造商提供更加精确、高效和经济的汽车设计方案，同时也可以促进汽车行业的发展和进步综合以上研究，基于ANSYS Workbench的车架结构有限元分析和拓扑优化技术是一种可行的方法。