基于超单元法的铸铝减震塔多模型拓扑优化.pdf

《基于超单元法的铸铝减震塔多模型拓扑优化》

邓雅琼1，苗玉苹1，敬敏1，鲍健铭2

1.北京汽车研究总院新技术院

2.澳汰尔工程软件（上海）有限公司

摘要

随着汽车轻量化技术的发展，铸铝材料的减震塔正越来越广泛地被应用至车身技术中，

以满足车身性能需求的同时，达到减重的目的。本文基于原车型结构，仅对原减震塔部件进

行以铸铝材料为属性的拓扑优化，从而找到结构的材料最佳分布，为概念设计提供依据。由

于在对减震塔的拓扑优化中将使用到白车身模型，Trimbody模型以及四分之一车身模型，

因此本文将应用超单元技术对模型进行缩减，以节省优化运算时间，与此同时采用MMO多

模型优化方法和OptiStruct求解器对减震塔进行拓扑优化，优化分析结果表明，超单元计算

方法求解精度误差较小，能够将计算时间缩短至原来的1/3，并且MMO多模型优化能够保

证不同装配模型下优化计算的拓扑结构保持一致，为下一步的概念设计提供设计依据和方向。

概述超单元法是一种简化有限元模型的方法，同时也是直接矩阵输入法（DMIG）的简称，

一般而言超单元文件信息中包含了简化结构的刚度矩阵，质量矩阵以及模态等信息，使用该

方法可以有效地节省计算时间并提高计算效率。本文通过界面点的设置，可以将整车优化模

型中的设计区域和非设计区域进行分割，从而将非设计区域定义为超单元，将设计区域保留

为残余单元，并对该部分进行后续的优化计算。

由于工况的原因，包含减震塔的有限元模型将有三个不同的结构。分别为白车身模型，

Trimbody（整车）模型，和1/4车身模型，为保证三个带有不同工况的模型能够优化计算

出相同的减震塔拓扑结构，本文将采用MMO多模型优化工具，保证该三个模型的优化结果

保持一致。

单有限元的直接矩阵输入（有限元直接矩阵输入法）即超单元法，将简化的有限元模型特

征直接定义成为含有刚度和质量的矩阵信息文件DMIG，一个完整的单元模型包含了超单元

模型和残余单元模型两个部分，而超单元模型和残余单元模型通过界面节点（界面点）连接

在一起，界面点则通过单元进行建立在完成界面点的建立之后，超单元模型和残余

ASET;

单元模型即可分离，然后通过卡片参数设置对超单元模型进行输出计算，在生成超单元模型

信息的过程中总共有三种计算方式，（静力缩减法），

StaticCondensationDynamic

（动力缩减法）和组件动态分析（综合动态分析），该三种方法的使

ReductionCDSMETH

用类型及功能描述如表所示：

1

超单元类型批量数据类型使用方法描述

StaticCondensationCMSMETHGUYAN仅适用于静态线性分析，由于其

（静力缩减法）PARAM，EXOUT生成的质量矩阵不精确，故不建

议用作动态分析。

DynamicReductionCMSMETHCBN可以用于动态线性分析，对于固

（动力缩减法）定边界和自由边界的模型均可使

用该方法。

CMSMETHGM需要配合MPC将超单元矩阵信