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1發動機罩原模型及初始模型提取

本文中，發動機罩原模型參考日產朗逸旗下某標桿車整車模型的發動機罩模型，材料采用鋼材，依據GMW美國通用汽車行業A級車性能標準設計，力學性能良好。將標桿車發動機罩模型的包絡線提取出來，創建發動機罩的初始模型后展開內罩板的優化設計。初始模型上保留標桿車的部分特征線，附屬的加強板及鎖鉤繼續沿用標桿車模型。

2基于拓撲優化和形貌優化的優化設計方法

設計中將以內罩板作為優化設計對象，設計目標是使模型符合力學性能要求，并通過合理的結構減輕模型的質量。優化設計過程中，將模擬發動機罩常見的6種工況，每種工況均有對應的約束和載荷設置。通過約束住模型的最大變形量來保證模型不超過指定的最大剛度值。最大變形量的位置以及約束上限值可參照GMW通用設計中的性能標準設置，按照標準在指定位置添加約束以及相應載荷。因拓撲優化和形貌優化方法的設計變量及優化過程不同，為了讓模型在一次分析中接近結構最優解，將采用拓撲優化和形貌優化相結合的分析方法，在基本參數設置中定義內罩板上兩個設計變量，即拓撲優化設計變量單元密度值、形貌優化設計變量形狀變量值。優化過程中內罩板上將同時進行兩種優化，計算出符合目標的最優化模型。其中形貌優化關系到加強筋的分布，而加強筋本身具有不同的截面結構，為了研究加強筋形狀對模型帶來的影響，在形貌優化中需對加強筋截面做對比分析。參考其他車的發動機罩及汽車零部件上的加強筋截面形狀，形貌優化中將對矩形、半圓形和梯形等3種截面進行分析，對比其帶來的效果。根據內罩板的尺寸及內罩板與外罩板之間的間距，合理確定加強筋截面的具體尺寸參數，具體數值見圖4，其中截面的厚度預設為2mm。由于初始模型結構尚未成型，優化設計前無法確定其內板和外板間粘膠的連接位置，為了保證優化順利進行，采用如下方法來設置發動機罩初始模型：參照汽車制造業發動機罩厚度的一般標準值，將外罩板的厚度預設為1．2mm，內罩板作為一個片體暫不設厚度。將兩板之間的空腔內填充鋁合金材料實體，此時內罩板僅僅相當于填充實體的一包絡面。優化過程中以填充實體作為優化對象，優化結束后，發生結構變化的填充實體將作為內罩板，原內罩板則作為一個包絡面予以刪除。然后根據內罩板結構在合適位置添加粘膠與外罩板連接，并添加加強板及鎖鉤部件。最后在內、外板邊界上生成翻邊后完成優化設計過程。

3模型力學性能調整

為了不影響其他剛度值，力學性能優化調整的分析對象設定為從標桿車上沿用的鎖鉤，通過拓撲優化來尋找合適的鎖鉤結構，提高鎖鉤剛度。優化設置時，以鎖鉤工況為優化環境，變形量上限設置同樣參考GMW通用性能標準。通過對鎖鉤進行分析，尋找滿足鎖鉤剛度要求的結構。.

4總結

本文以發動機罩內罩板為設計對象，采用了拓撲優化和形貌優化相結合的優化設計方法，以鋁合金為材料，依據GMW通用標準設計出了質量輕于標桿車、基本力學性能良好的發動機罩內罩板模型。分析中涉及到的優化方法對于汽車其他零部件的正向設計具有一定的參考價值。

作者:謝暉李全單位:湖南大學