李楚琳，莫昊，朱英豪

（湖北汽车工业学院 汽车工程学院，湖北 十堰 442002）

保险杠的形状和结构对汽车的安全、空气动力学性能和整车外观造型等都有较大的影响［1］。保险杠的质量、安全可靠性等要求较高，通过增加材料来提高其承受载荷和碰撞性能的方法又与汽车轻量化目标矛盾。保险杠设计如何在轻量化目标与碰撞安全性目标之间达到更好的平衡，受到工程师们的广泛关注［2］。目前广泛采用的方法是对结构重新设计，但往往使结构复杂，传统加工难度较大，因此考虑采用3D打印技术。文中针对某商用车保险杠进行模态、局部刚度及碰撞性能的仿真分析；基于Altair的Optistruct模块，对保险杠模型进行拓扑优化，并考虑3D打印的工艺要求对结构进行改进。在保证使用性能的前提下，调整局部厚度增设加强筋，去除冗余部分，减轻保险杠重量；与原始模型进行对比，验证设计的合理性。

1 原始保险杠模型有限元分析

1.1 有限元模型建立

利用HyperMesh导入某商用车保险杠的数字模型，完成模型清理、划分网格及网格质量检查工作。按照5mm大小的网格尺寸标准进行网格划分，其中四边形板壳单元总数为43338个，建立有限元模型，如图1所示。保险杠的材料为工程塑料，主体厚度为3mm，弹性模量为1300MPa，泊松比为0.38 ，密度为1.1 ×10⁻⁶kg·mm⁻³。

图1 保险杠有限元模型图

1.2 模态分析

汽车在行驶时，保险杠受到路面及发动机的振动激励共同作用，若激励频率与模型振动频率接近，易发生共振破坏，因此重点分析其模态性能。……