2005年1月农业机械学报第36卷第1期集装箱半挂车车架结构拓扑优化设计3石琴姚成马恒永【摘要】用ANSYS软件对某集装箱半挂车车架进行了结构拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题,分析了ANSYS软件中有关拓扑优化函数的应用方法。实现了拓扑优化方法在汽车结构的初始设计过程中的应用。关键词:集装箱半挂车车架结构分析拓扑优化中图分类号:U27012文献标识码:ATopologyOptimizationDesignoftheFrameofContainerSemi-draggingTrucksShiQinYaoChengMaHengyong(HefeiUniversityofTechnology)AbstractThisworkisanattempttointroducetheoptimaldesignoftopologyintheinitialstageofdesignofcontinuumstructurestoobtainbetterdesignofstructures.Inthispapertheformulasofhomogenizationmethodisbrieflypresented.Thetopologyoptimizationoftheframeofcontainersemi2draggingtrucksbymeansofANSYSsoftwareiscarriesout.Thedesignprocessisdescribedindetail.Theproblemofdeterminingtheoriginalstructureoftheframeofcontainersemi2draggingtrucksandcontrollingtheprocessoftheoptimizationisconsidered.Theresultofthetopologyoptimizationoftheframeisanalyzed.Theapplicationofthetechnologyofthetopologyoptimizationintheautomobilestructuredesignisrealized.KeywordsContainersemi2draggingtrucks,Frames,Structureanalysis,Topologyoptimization员的重视。连续体结构拓扑优化的优点是能在不知引言道结构拓扑形状的前提下,根据已知边界条件和载结构优化分为结构尺寸优化、结构形状优化和荷条件确定出较合理的结构形式,从而提出最佳形结构拓扑优化(布局优化)。结构尺寸优化技术已基状设计方案。因此在工程设计的初始阶段(即选型设本成熟,结构形状优化比结构尺寸优化困难一些,仍计)具有较大意义。处于发展阶段,而结构拓扑优化在工程设计中尚处1拓扑优化设计数学模型在探索性阶段。由于结构拓扑优化在设计的初始阶段即被引111优化方法的选择入,与结构尺寸优化和形状优化相比可以获得更大目前常用的连续体结构的拓扑优化方法有:变的经济效益,因此该优化方法日益得到工程技术人厚度法、变密度法及均匀化方法。变厚度法的数学模收稿日期:200305193原机械部教育司青年基金资助项目(项目编号:815032)石琴合肥工业大学机械与汽车工程学院副教授,230069合肥市姚成合肥工业大学机械与汽车工程学院硕士生马恒永合肥工业大学机械与汽车工程学院教授第1期石琴等:集装箱半挂车车架结构拓扑优化设计11型简单,但优化对象受到很大的限制。变密度法是人8——有体积力作用的体积域为建立一种材料密度与材料特性之间的关系,拓扑#——有面积力作用的边界域优化计算以后得到单元的密度值为0或1,拓扑优在上述优化模型中,式(3)以结构的总柔顺性最化结构比较清晰[1,2]。均匀化方法是假设一种微结构小作为优化目标,以微结构的单胞尺寸a为优化设单胞,在这一微结构基础上建立材料密度与材料特计变量;约束条件式(4)根据虚功原理,以结构的静性之间的关系。拓扑优化后,单元的密度值是介于力平衡作为约束条件;约束条件式(5)考虑到优化后0～1之间的连续值,得到的是一种比较模糊的拓扑的体积一定不大于初始体积。结构。最优拓扑结构形式只考虑到结构的强度,结构2车架结构拓扑优化设计的设计还需要满足制造工艺、装配关系等设计要求,人们需要在拓扑优化的基础上进行结构设计,模糊一般集装箱运输车的类型有以下4种:普通载的拓扑结构提供一个取值范围,更利于后续设计。货汽车、半挂汽车列车、全挂汽车列车、双挂组合汽112均匀化