刘洋, 申加伟, 王超, 田少聪, 徐贤发

1.内燃机可靠性国家重点实验室，山东 潍坊 261061；2. 潍柴动力股份有限公司 发动机研究院，山东 潍坊 261061

0 引言

计算机结构优化设计以设计周期短、资源利用率高等优势已经逐渐被应用到建筑、航空航天和机械等领域[1]，在车用内燃机的研发过程中，计算机三维建模及相关仿真技术的应用日趋成熟，符合人机工程学的结构优化[2]已成为设计的目标。结构优化就是在一定的设计空间内，在满足约束条件的前提下，通过调整结构设计参数达到最优的结构特征。随着内燃机国六排放标准的实施，产品设计不仅要满足可靠性，还要符合日趋严格的节能减排标准要求。发动机零部件的轻量化设计不仅有助于降低汽车的污染物排放，还有助于降低燃油消耗，文献[3]试验表明，汽车的总质量降低10%，燃油消耗降低6%～8%，排放污染物降低4%。作为汽车的核心动力总成，发动机的轻量化设计已成为现代汽车工业的设计理念之一。传统的轻量化设计是在产品研发后期降低零部件的质量，而现代的轻量化设计是在产品概念设计阶段通过计算机仿真进行结构优化，充分发挥材料性能来实现结构的最优设计目标，这种轻量化设计可以实现更高的资源利用率和产品开发效率。

在众多优化软件中，Altair公司的solidThinking Inspire软件在优化过程中直接调用OptiStruct拓扑优化模块求解器，在给定的设计空间区域内，通过寻求结构内部非实体区域位置和数量的最佳配置，解决材料分布问题，在满足特定约束条件下将外载荷传递到结构支撑位置，使结构的性能指标达到最优[4]；……