张世湖 吕伟妮 陈俊 熊希平 黎胜钦

摘 要：针对某国产SUV车型的塑料保险杠进行了结构简化，利用hypermesh软件建立塑了料保险杠的有限元分析模型。通过对该有限元分析模型的模态分析，得到保险杠的各阶模态频率和模态特性，并利用拓扑优化技术对保险杠进行拓扑优化。根据优化结果对保险杠结构进行改进并进行有限元分析，对比优化前后模态性能。结果表明，经过拓扑优化后的结构的模态性能有较大提高。

关键词：保险杠;有限元分析; 模态频率;拓扑优化

中图分类号：U468.4  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）12-91-05

Abstract： After a plastic bumper structure of a domestic SUV model is simplified， the finite element analysis model of the plastic bumper is built by using the hypermesh software. Through the modal analysis of the finite element analysis， modal frequencies of the bumper and modal characteristics are obtained and the topologic optimization method is applied to topology optimization of the bumper. The result of optimization is used to improve the bumper structure and the finite element analysis is conducted to compare the modal properties before and after optimization. Results show that modal performance of structures is greatly improved after the topology optimization.

Keywords： finite element analysis; bumper; modal frequency; topology optimization

1 前言

保险杠是汽车上一个比较大的外观件，作为一个独立的总成安装在汽车上，它对汽车的安全防护。造型效果、空气动力性等有着较大的影响。为降低成本和油耗，汽车轻量化要求越来越高，密度较小、防腐性能更好的塑料材料在汽車保险杠上的用量越来越多。[1]在汽车行驶的过程中，保险杠会由于路面激励和发动机的震动激励而引起振动，这容易引起保险杠的疲劳损坏。结构设计得比较差的保险杠会使得保险杠的固有频率比较低，容易接近激励的频率，使得保险杠的振动比较大，导致保险杠结构破坏。因此在保险杠的设计过程中要考虑保险杠的动力学特性，使保险杠的固有频率有效地避开激励频率，防止发生共振，降低对保险杠的疲劳损伤。通常情况下，仅仅根据设计人员的设计经验一般只能得到一些可行方案，但这些方案并不是最优方案，随着计算机的快速发展和CAE技术成熟，一些新的手段可以大大改善优化质量。……