1、結(jié)構(gòu)優(yōu)化是汽車輕量化設(shè)計(jì)的重要途徑之一。載重汽車的承重結(jié)構(gòu)一般采用基于型材制造的框架結(jié)構(gòu)形式。對(duì)復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，如果不加以簡(jiǎn)化而用實(shí)體單元或板殼單元進(jìn)行離散，一般均要求將單元的邊長(zhǎng)比控制在一定范圍內(nèi)，而對(duì)于薄壁型材，往往需要?jiǎng)澐执罅康膯卧?。另外，由于框架不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且型材之間存在大量的連接點(diǎn)，所以很難實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格的自動(dòng)剖分。因此，對(duì)復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，存在兩個(gè)瓶頸問(wèn)題：一是結(jié)構(gòu)網(wǎng)格難以自動(dòng)剖分問(wèn)題，二是計(jì)算量過(guò)大的

2、問(wèn)題。盡管商業(yè)化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件已經(jīng)比較成熟，但應(yīng)用于框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化仍然面臨很大的局限性。
　　對(duì)框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以從兩方面考慮:一是型材截面尺寸的優(yōu)化，二是框架連接點(diǎn)位置的優(yōu)化。為了實(shí)現(xiàn)復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，考慮到組成框架的每一根型材都具有梁的變形特點(diǎn)，本文提出了將框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為線形梁計(jì)算模型、基于線形梁計(jì)算模型優(yōu)化截面尺寸及連接點(diǎn)位置的方法。為此，本文主要研究了框架型結(jié)構(gòu)到線形梁計(jì)算模型的轉(zhuǎn)換方法及自動(dòng)轉(zhuǎn)換軟件的開(kāi)發(fā)、

3、線形梁結(jié)構(gòu)的截面尺寸優(yōu)化和連接點(diǎn)位置優(yōu)化技術(shù)，并將這些方法應(yīng)用于某載重汽車復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，驗(yàn)證了這種方法的有效性，并取得了較好的優(yōu)化結(jié)果。
　　為了快速且準(zhǔn)確地將具有梁特征的實(shí)體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為線形梁計(jì)算模型，根據(jù)截面的形狀和特征，制定了生成線形梁模型截面參數(shù)的方法。利用HyperMesh軟件提供的二次開(kāi)發(fā)接口，并結(jié)合ABAQUS軟件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用 TCL語(yǔ)言及 C＃語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序，實(shí)現(xiàn)了由實(shí)體梁結(jié)構(gòu)到線形梁計(jì)算模型

4、的半自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能。該功能不僅提高了梁?jiǎn)卧５乃俣龋矣行У乇苊饬诉^(guò)程中不必要的人為遺漏及錯(cuò)誤。
　　研究探索了現(xiàn)實(shí)可行的復(fù)雜框架結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，即基于進(jìn)退搜索法思想和補(bǔ)償法思想，提出了兩階段優(yōu)化算法：首先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行接點(diǎn)位置優(yōu)化，以降低結(jié)構(gòu)應(yīng)力，均勻應(yīng)力分布；隨后進(jìn)行截面尺寸優(yōu)化，確定梁的最優(yōu)截面尺寸。在針對(duì)連接點(diǎn)位置優(yōu)化時(shí)，連接點(diǎn)變動(dòng)方向被定義在梁的軸線上，連接點(diǎn)移動(dòng)過(guò)程中，梁?jiǎn)卧钠史质菂?shù)化自動(dòng)進(jìn)行的。優(yōu)化截面尺寸時(shí)，定義了

5、一個(gè)截面尺寸系數(shù)，通過(guò)優(yōu)化截面尺寸系數(shù)使截面的承載能力得以充分發(fā)揮。
　　以某汽車企業(yè)的某型載重車駕駛室框架為例進(jìn)行了應(yīng)用研究。該車采用中空鋁型材制造的框架結(jié)構(gòu)，組成該框架的總共有440多段型材。利用本文開(kāi)發(fā)的轉(zhuǎn)換功能建立了相應(yīng)的線形梁計(jì)算模型，并驗(yàn)證了線形梁計(jì)算模型與未加以簡(jiǎn)化的板殼單元模型計(jì)算結(jié)果的一致性。隨后以梁?jiǎn)卧Ｐ蜑閮?yōu)化對(duì)象，對(duì)結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)位置和截面尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力由378MPa降低到124MPa，同