汽车结构优化设计理论及应用

第1章汽车轻量化背景及关键技术介绍

1.1汽车轻量化的必要性

1.2汽车轻量化主要技术手段

1.2.1轻量化材料

1.2.2轻量化工艺

1.2.3结构优化技术

1.3汽车结构优化技术应用现状

1.3.1汽车结构优化一般设计流程与软件平台

1.3.2汽车结构优化工程应用现状·

参考文献・

第2章结构优化基础知识

2.1 引言

2.2结构分析的有限元方法

2.2.1弹性力学基础

2.2.2有限元法的基本原理

2.2.3有限元法的MATLAB实现

2.3数值优化基本方法

2.3.1数值优化数学基础

2.3.2优化基本模型及最优性条件

2.3.3梯度优化方法

2.3.4智能优化方法

2.4基于模拟的结构优化工程实例

参考文献

第3章 结构优化关键技术

3.1引言

3.2结构优化一般流程和方法

3.2.1结构优化问题一般流程

3.2.2灵敏度分析方法

3.2.3序列显式凸近似方法

3.2.4汽车结构优化问题建模

3.3结构拓扑优化技术

3.3.1连续体拓扑优化方法简介

3.3.2简单实例

3.4结构尺寸优化设计

3.4.1基本思想·

3.4.2简单实例

3.5结构多目标优化设计方法

3.5.1多目标优化一般流程

3.5.2试验设计·

3.5.3代理模型·

3.5.4基于代理模型的电池包多目标优化实例

3.6本章小结

参考文献

第4章汽车典型工况建模与分析

4.1汽车典型工况及载荷·

4.1.1汽车车身在典型工况下的载荷

4.1.2汽车动力总成悬置在典型工况下的载荷

4.1.3电动汽车动力电池包在典型工况下的载荷

4.1.4汽车结构在碰撞工况下的载荷

4.2汽车结构有限元分析建模流程与评价

4.2.1建模流程

4.2.2定义问题

4.2.3建立几何模型

4.2.4选择单元类型

4.2.5划分网格

4.2.6检查模型

4.2.7 定义边界条件

4.2.8评价和修正模型

4.2.9设置载荷步

4.3汽车结构静力学建模与分析

4.3.1静力学分析基础理论

4.3.2工程实例——白车身静态刚度及强度分析

4.4汽车结构振动特性建模与分析

4.4.1结构振动理论基础·

4.4.2工程实例——动力电池包模态分析

4.5汽车结构碰撞安全建模与分析

4.5.1汽车碰撞仿真分析的有限元理论与方法·

4.5.2工程实例——某电动汽车整车正面100%碰撞分析

4.6汽车结构疲劳耐久建模与分析

4.6.1汽车结构疲劳耐久性分析基础理论

4.6.2工程实例——某电动客车车架疲劳耐久性分析

参考文献

第5章汽车结构拓扑优化设计方法

5.1 引言

5.2拓扑优化主要方法数学描述

5.2.1连续体结构拓扑优化方法

5.2.2连续体结构拓扑优化材料插值模型

5.2.3连续体结构拓扑优化的优化求解数值算法

5.3面向刚度的拓扑优化设计方法

5.3.1柔度最小化标准拓扑优化设计

5.3.2多工况下刚度性能拓扑优化

5.3.3壳-填充结构柔度的拓扑优化

5.4面向NVH的拓扑优化设计方法

5.4.1模态优化

5.4.2频率响应优化

5.5面向碰撞拓扑优化设计方法

5.5.1标准的等效静态载荷拓扑优化方法

5.5.2基于等效静载的拓扑优化方法

5.5.3基于等效静态载荷的拓扑优化流程

5.5.4基于能量准则缩减的等效静态载荷的构造

5.5.5基于能量准则重构的拓扑优化问题及模型更新

5.5.6工程实例：中心侧碰和偏置侧碰拓扑优化

5.6面向疲劳耐久的拓扑优化

5.6.1疲劳耐久性的研究意义

5.6.2结构疲劳寿命

5.6.3横向各向同性高周疲劳模型

5.6.4改善疲劳耐久性的拓扑优化

5.7工程应用实例

5.7.1车身前部结构拓扑优化

5.7.2底盘零部件拓扑优化

参考文献

第6章汽车结构尺寸优化方法

6.1汽车结构尺寸优化简介

6.2面向刚度性能的尺寸优化

6.2.1刚度分析的意义

6.2.2刚度的评价

6.2.3刚度的灵敏度分析·

6.2.4工程实例

6.3面向NVH性能的尺寸优化

6.3.1汽车NVH问题概述

6.3.2NVH问题优化思路·

6.3.3模态灵敏度分析

6.3.4工程实例

6.4面向碰撞性能的尺寸优化

6.4.1碰撞性能评价指标

6.4.2碰撞性能设计方法

6.4.3代理模型·

6.4.4工程实例·

6.5面向疲劳耐久的尺寸优化

6.5.1疲劳寿命

6.5.2疲劳寿命的预测·

6.5.3疲劳耐久性优化的思路

6.5.4工程实例·

6.6工程应用

6.6.1多材料车身结构

6.6.2构建和验证有限元模型

6.6.3构建和求解优化模型

6.6.4结论

6.7本章小结

参考文献

第7章汽车结构可靠性优化设计方法

7.1结构可靠性优化设计模型

7.2结构不确定参数及度量

7.2.1区间模型

7.2.2随机模型

7.2.3模糊模型

7.2.4 证据理论

7.3可靠性指标定义

7.3.1极限状态方程

7.3.2可靠性指标

7.4结构可靠性分析方法——可靠性指标法（RIA）

7.4.1凸模型可靠性指标法

7.4.2概率模型的可靠性指标法

7.5结构可靠性分析方法——功能度量法（PMA）

7.6结构可靠性分析方法——蒙特卡洛法

7.7结构可靠性优化求解策略

7.7.1嵌套方法

7.7.2单环方法

7.7.3序列方法

7.8工程应用

7.8.1十杆析架结构

7.8.2基于证据理论的嵌套优化策略与序列优化策略对比数值算例

7.8.3曲柄滑块机构

7.8.4三杆析架结构

7.8.5汽车侧面碰撞

7.9本章小结

参考文献

第8章多材料拓扑优化设计

8.1 引言

8.2基于变密度法的双材料拓扑优化算法

8.2.1双材料密度插值模型

8.2.2优化模型

8.2.3优化准则法（OC法）

8.2.4灵敏度求解

8.2.5工程算例

8.3基于序列的多材料拓扑优化设计方法

8.3.1基于序列的多材料插值模型

8.3.2灵敏度求解

8.3.3优化准则法（OC法）

8.3.4数值算例

8.4结论

参考文献