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现如今新能源汽车、节能和减排已经是今后汽车行业发展的目标,而所需燃料或电池的多少,与汽车自重密切相关。其中车身重量在整车中所占比例较大,因此车身的轻量化程度直接影响整车的节能和减排的效果。实现车身轻量化的途径主要有:优化车身的空间拓扑结构形式,使各种工作载荷及碰撞冲击载荷能有效地进行传递;减小车身尺寸或减薄零部件的厚度;优化零件形貌,减少用于增强刚度的加强件的数目;通过改进零件成形及连接工艺减少零件数目;采用低密度材料替换高密度材料等。此外轻量化的同时,还必须满足车身结构的强度与刚度、振动与噪声、碰撞与吸能等设计准则和各种法规,并保证工艺性和经济性。一切指标的好坏最终以人体感受为评价指标,因此车身轻量化还涉及与生物力学或人体生理学相关的人机工程学,特别是汽车正常行驶或发生碰撞事故时的动态人机界面涉及方法学。本论文选用汽车左前门防撞杆作为研究对象,对目前市面流行的欧美和日韩车型所选用的车门防撞杆的结构类型做了研究统计,对不同结构在工程运用的优劣、碰撞性能和乘员保护等方面做了对比分析;对拓扑优化的发展史,原理、数学模型和常用算法做了深入研究与拓展,并以拓扑优化原理为基础,借助有限元软件Hypermesh进行网格划分、网格质量检查,并结合求解器OptiStruct对优化模型进行描述,设定优化目标,设计变量及建立约束条件等步骤求得防撞杆的轻量化的结构形式。本论文的工作目的在于以防撞杆为示例,系统地研究拓扑优化原理在车身轻量化设计中的运用,提高乘用车的碰撞安全性,降低车身质量和油耗。研究方法及创新点:通过对目前欧美和日韩经济性车型采用的防撞杆的结构及材料进行统计调查后,分别对比分析了不同截面的结构性能,在此基础上通过三维软件设定包含所有截面尺寸的初始拓扑结构几何模型,再导入到有限元分析软件HyperWorks中进行网格划分及检查,再根据设计工况进行材料属性、设计参数变量设定,创建载荷集,施加约束边界条件、施加力、创建载荷工况,最后根据优化目标定义拓扑优化的设计变量、定义优化响应(体积分数)和目标函数(最小值),在Hypermesh中完成以上工作之后,再导入到结构优化软件OptiStruct中进行拓扑优化运算得出满足设计要求的拓扑结构,并将拓扑优化结果导入到三维软件中进行二次设计,得到更适合实际使用和布置情况的结构。