轿车发动机罩拓扑结构优化及其轻量化设计

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No.5Mav.20l3 机 械 设 计 与制 造 35最大应力为81.5MPa，侧向弯曲刚度最大应力为 12.3 MPa，扭转弯曲刚度最大应力为 100 MPa，均小于镁合金板的屈服应力。此时发动机罩的总质量为 6.19kg。

表 4镁合金板力学性能参数Tab.4 Mechanical Properties Parametersof Magnesium Aloy拓扑结构优化、材料替换前后发动罩板质量与性能，如图 14、图 1 5所示。对比分析可知，拓扑结构优化之后的发动机罩板质量减重5.28%，侧向弯曲刚度、扭转弯曲刚度均大幅度提高，正向弯曲刚度、-阶模态由于质量减轻略微减小；采用高强度板后，发动机罩板质量减重 14.19%，侧向弯曲刚度、扭转弯曲刚度均进-步提高，正向弯曲刚度、-阶模态由于采用较薄钢板而有所减小；将发动机罩内外板均替换为铝合金板后，正向弯曲刚度、侧向弯曲刚度、扭转弯曲刚度、-阶模态均提高，而总质量进-步减小，减重41.18%；外板采用镁合金外板后，正向弯曲刚度、侧向弯曲刚度、扭转弯曲刚度、- 阶模态均大幅提高，减重46A5%。由上述数据可以看出，拓扑结构优化和材料替换为高强度板后，能提高发动机罩的综合力学性能，而且不改变现有发动机罩的生产工艺，但轻量化的空间较小；将材料替换为铝合金和镁合金后，发动机罩综合力学性能提高的同时，发动机罩总质量大幅下降，能够较好的实现轻量化。综合考虑力学陛能和材料厚度，拓扑优化后的铝合金发动机罩能够较好的实现轻量化目标。各方案发动机罩性能对比，如表5所示。

材料图 l4拓扑优化、材料替换前后发动机罩板质量Fig.14 Mass of the Engine Hood Before and After TopologyOptimization and Material Substitution图 15拓扑优化 、材料替换前后发动机罩板性能Fig.15 Mechanical Properties of the Engine Hood Before andAfter Topology Optimization and Material Substitution表 5各方案发动机罩性能对比Tab.5 Comparison of the Hood Performanceof Various Schemes5结论对常见四种工况下的发动机罩板进行有限元分析，采用拓扑结构优化的方法 ，在四种工况下，以加权应变能最小为优化目标，对发动机罩板加强筋处区域进行优化，并用 OSSmooth导出stl文件 ，重新生成曲面，导入 CATIA中，根据拓扑优化的形状和材料分布的路径进行模型的修改 ，得到拓扑优化后的发动机罩板。对改进后的发动机罩板进行四种工况下的有限元分析，对比优化前后的发动机罩板的性能和质量，优化后的发动机罩板在综合力学性能提高的同时，总质量也减轻了较多，实现了轻量化的目标，在此基础上对结构优化后的发动机罩板进行材料替换 ，对比得出拓扑优化后的铝合金发动机罩为最优方案。