电动汽车桁架式车架结构的拓扑优化设计

车架作为汽车各总成和部件的承载基体，对整车的动力性、经济性及操控稳定性有着重要的影响，但是由于电动汽车本身的特殊性，使自身质量大大增加，从而给车架的结构设计带来了诸多困难。本文在拓扑优化理论的基础上，确定了电动汽车车架的设计方案，并在Hyperworks中以柔度最小为目标函数，体积分数为约束建立了车架的三维拓扑模型。为了兼顾车架各方面的结构性能，首先对弯曲工况和扭转工况进行了拓扑优化，得到了单工况条件下的车架结构，其次将弯曲工况、扭转工况、制动工况、转弯工况、碰撞工况及模态工况通过加权应变能的方法进行了拓扑优化，得到了多工况条件下的整体车架的载荷传递路径。通过对拓扑优化结果的分析，并结合车架的可靠性原则和制造工艺，最终设计出了电动汽车的桁架式车架结构。对车架结构进行板壳单元离散，分别在弯曲工况、转弯工况、制动工况、扭转工况下进行有限元分析，求得典型工况下车架的整体位移及应力分布情况，最后对所设计的桁架式车架进行了模态分析。研究结果表明，通过拓扑优化设计能使车架获得良好的静态特性和动态特性，不仅为车架的产品设计、改造和优化提供参考，同时也为车架的轻量化设计提供了依据。