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《多模型拓扑优化在车身结构概念设计中的应用》

汪芳胜赵永宏

广汽研究院

摘要

在车身概念设计阶段，对车身结构进行拓扑优化探索最优设计路径。车身结构

主要考虑整体静刚度、局部点动态刚度和碰撞性能。将动态载荷等效为线性静态载

荷。采用MMO多模型拓扑优化解决复杂工况的拓扑优化问题，通过调节设计空间

和设置参数，探索最优载荷路径。最后，根据拓扑优化结果形成初步的车身框架结

构。

1.概述

在车身概念设计阶段，设计约束比较少，车身结构设计具有最大的灵活性。使用拓扑

优化来产生创新的概念设计方案，可以最大程度地获得更高效、更轻巧新颖的结构设计方案，

最大程度地提高材料利用率。

车身性能主要为整体静刚度、NVH和抗撞性，这些性能工况复杂，刚度性能是线性静

态载荷，NVH是动态载荷，碰撞是高速非线性动态载荷。在车身概念设计阶段，同时考虑

三种工况，难度较大。AltairOptiStruct多模型拓扑优化方法（Multi-ModelOptimization,简

称MMO)，可以有效解决多种复杂工况的优化问题。

文章介绍了多模型拓扑优化流程，用多模型优化方法完成车身结构的拓扑优化，并对

拓扑优化结果进行分析，最后创建出白车身框架模型。

2.多模型优化方法

多模型优化（Multi-ModelOptimization,MMO)，可以在一次优化计算中同时考虑多

个计算模型，这些模型共享某些共同的设计变量，共享的设计变量会得到相同的优化结果。

多模型优化（MMO）模型可以不同，荷载可以不同，参数可以不同，目标函数、约束及

响应可以单独定义，也可组合定义。

白车身多模型优化流程见图1：

图1多模型拓扑优化流程

3.拓扑优化模型的建立

车身概念设计阶段，主要关注的车身性能为弯曲扭转刚度、局部点动刚度和碰撞性能。

这三个性能的载荷工况不相同，要求计算的车身模型也不相同。需分别建立车身弯曲扭转刚

度模型、NVH模型和基于碰撞性能要求的整车模型，这三个模型共用白车身模型。白车身

模型为拓扑优化设计空间。

3.1

白车身设计空间建立

白车身设计空间，根据车身外部造型曲面、动力总成和人机布置，建立可能分布车身

受力结构的包络空间。在此基础上结合总体布置的限制，挖去底盘、油箱、发动机和轮胎的

包络空间，见图2。考虑对称性，将几何空间切分为一半，在其表面划分壳网格，使用

Voxelmesh，创建六面体网格。考虑到模型规模和计算时间，网格基本尺寸约20mm，见

图3。

图2车身包络空间

图3划分网格过程

3.2

拓扑优化模型建立

拓扑优化模型，由于工况需求，分别建立车身TB模型和整车碰撞模型。TB模