发动机罩优化设计论文

1发动机罩原模型及初始模型提取

本文中，发动机罩原模型参考日产朗逸旗下某标杆车整车模型的发动机罩模型，材料采用钢材，依据GMW美国通用汽车行业A级车性能标准设计，力学性能良好。将标杆车发动机罩模型的包络线提取出来，创建发动机罩的初始模型后展开内罩板的优化设计。初始模型上保留标杆车的部分特征线，附属的加强板及锁钩继续沿用标杆车模型。

2基于拓扑优化和形貌优化的优化设计方法

设计中将以内罩板作为优化设计对象，设计目标是使模型符合力学性能要求，并通过合理的结构减轻模型的质量。优化设计过程中，将模拟发动机罩常见的6种工况，每种工况均有对应的约束和载荷设置。通过约束住模型的最大变形量来保证模型不超过指定的最大刚度值。最大变形量的位置以及约束上限值可参照GMW通用设计中的性能标准设置，按照标准在指定位置添加约束以及相应载荷。因拓扑优化和形貌优化方法的设计变量及优化过程不同，为了让模型在一次分析中接近结构最优解，将采用拓扑优化和形貌优化相结合的分析方法，在基本参数设置中定义内罩板上两个设计变量，即拓扑优化设计变量单元密度值、形貌优化设计变量形状变量值。优化过程中内罩板上将同时进行两种优化，计算出符合目标的最优化模型。其中形貌优化关系到加强筋的分布，而加强筋本身具有不同的截面结构，为了研究加强筋形状对模型带来的影响，在形貌优化中需对加强筋截面做对比分析。参考其他车的发动机罩及汽车零部件上的加强筋截面形状，形貌优化中将对矩形、半圆形和梯形等3种截面进行分析，对比其带来的效果。根据内罩板的尺寸及内罩板与外罩板之间的间距，合理确定加强筋截面的具体尺寸参数，具体数值见图4，其中截面的厚度预设为2mm。由于初始模型结构尚未成型，优化设计前无法确定其内板和外板间粘胶的连接位置，为了保证优化顺利进行，采用如下方法来设置发动机罩初始模型：参照汽车制造业发动机罩厚度的一般标准值，将外罩板的厚度预设为1．2mm，内罩板作为一个片体暂不设厚度。将两板之间的空腔内填充铝合金材料实体，此时内罩板仅仅相当于填充实体的一包络面。优化过程中以填充实体作为优化对象，优化结束后，发生结构变化的填充实体将作为内罩板，原内罩板则作为一个包络面予以删除。然后根据内罩板结构在合适位置添加粘胶与外罩板连接，并添加加强板及锁钩部件。最后在内、外板边界上生成翻边后完成优化设计过程。

3模型力学性能调整

为了不影响其他刚度值，力学性能优化调整的分析对象设定为从标杆车上沿用的锁钩，通过拓扑优化来寻找合适的锁钩结构，提高锁钩刚度。优化设置时，以锁钩工况为优化环境，变形量上限设置同样参考GMW通用性能标准。通过对锁钩进行分析，寻找满足锁钩刚度要求的结构。.

4总结

本文以发动机罩内罩板为设计对象，采用了拓扑优化和形貌优化相结合的优化设计方法，以铝合金为材料，依据GMW通用标准设计出了质量轻于标杆车、基本力学性能良好的发动机罩内罩板模型。分析中涉及到的优化方法对于汽车其他零部件的正向设计具有一定的参考价值。

作者:谢晖李全单位:湖南大学