赖经验和解剖进口结构进行参照性设计，对汽车结构的优化多根据经验性结论进行局部的静力学改善，设计与分析未能真正做到并行[3]。 目前，有关车辆结构的优化设计大多还处在科研和学术范围内，距离企业的实际需要尚有距离。对于企业来说，一个新车型的研发是一个非常复杂的系统工程，以至于它需要几百号人花费上3、4年左右的时间才能完成，因此一个企业不可能频繁的进行新车型的研发，而对现有的车型根据用户使用和反馈跟踪进行改型优化则是一般企业经常需要进行的。这种改型优化要求根据市场要求快速做出反应，因此怎样利用已有车型的设计信息根据市场反馈结合商业软件快速得到优化车型并给出评估和生产图纸，对增长一个企业的市场竞争力是至关重要的[4]。对于车辆结构的优化设计，现在已有多种集几何建模、有限元分析和结构优化的CAE商业软件供用户选择，如ANSYS、Hyperworks等[5-8]。如何使软件使用便捷、高效成为企业所关注的重要问题。目前国内许多应用CAE软件的企业只停留在使用阶段，对CAE流程自动化系统的开发仍是空白。特别是在汽车企业改型生产中，往往要求从原图纸产生新图纸。图1所示为车型轻量化改进的流程，可以看出如果没有良好的自动化流程，各软件的链接都需要人工进行，其成本和耗时将是巨大的。 人工 人工 设 原车型图纸 网格剖分 计 生优软件 产化 方 人工 人工 修改模型方 新车型图纸 优化分析 及装配 图1 车型改进流程 本项目的研究目标是根据企业实际需要开发出关于车型轻量化的拓扑优化模块，该系统能大量减少人工参与，并且能根据企业提出的轻量化目标快速得到生产图纸，提高生产效率，缩短改型周期。 本项目的研究内容是主要分为两部分：1、建模参数与设计参数的统一接口建立。当前的三维建模软件和优化分析软件虽然在功能上互有交叉，但就其专业性和实用性来说仍是各有所长，为提高生产效率，我们需要建立建模软件与优化软件的数据接口，使得建模参数和优化参数可以自动在两种软件之间传递。2、优化后生产图纸的自动生成。当使用优化软件将车辆结构按照生产方的轻量化目标完成优化后，需要将优化后的车型自动形成生产图纸，这需要两个步骤完成：1）优化后的设计参数传递给建模软件，2）建模软件按照生产需求生成图纸。完成上述两部分研究内容后新的车型改进流程如图2所示。由于减少了人工参与，不仅提高了生产效率而且减少了人为差错。 人工 人工 设原车型图纸 三维建模、装配 网格剖分 生计 产优 软件 方 化 自动 自动 修改模型方 新车型图纸 优化分析 及装配 图2 车型改进新流程 2
根据本项目的研究目标和研究内容，本项目主要拟采用ANSYS中的APDL语言结构建模，使用Hypermesh作为前处理的网格剖分软件，采用OptiStruct作为优化软件。这样本项目拟解决的关键性问题为：1）OptiStruct或ANSYS软件的参数接口的建立。我们可以通过两种软件的二次开发功能或自编软件将设计优化参数以磁盘文件形式共享，这样我们只需确定设计参数，并将其保存文件，在OptiStruct或ANSYS中将参数提出赋值即可。2）优化后的参数输出。当优化执行后，设计参数发生了改变，我们需要将变化后的设计变量值从优化软件中取出并应用到建模软件中。3）生产图纸的生成。当模型中的设计变化后，其零件的尺寸、位置及装配关系都有可能发生了变化，如何将三维模型转化为生产图纸，是非常关键的问题。 相信有了上述问题的解决，我们可以初步搭建一个汽车轻量化的半自动流程，该流程虽然仍需要人工在网格处理、参数选择等方面工作，但已大幅减少人工在整个流程中的工作比例，不仅提高了生产效率同时减少了人为差错带来的消极影响。 参考文献 [1] 唐杰, 杨沿平, 周文杰,中国汽车产业自主创新战略,科学出版社,北京，2009年3月. [2] Barthelemy J-FM, Haftka RT. Approximation concepts for optimum structural design—a review. Struct. Optimization 5 (1993) 129-144. [3] 黄金陵，汽车车身设计，机械工业出版社, 2007, 北京. [4] He J J, Jiang J S, Xu B, Modal reanalysis methods for structural large topological modifications with added degrees of freedom and non-classical damping. Finite Elem. Anal. Des. 44 (2007) 75-85. [5] 曾攀, 雷丽萍, 方刚. 基于ANSYS平台有限元分析手册—结构的建模与分析. 机械工业出版社, 北京, 2010. [6] 王新敏. ANSYS工程结构数值分析.人民交通出版社, 北京, 2007. [7] 雷飞，韩旭，黄永辉，车身复杂结构大规模问题的缩减计算，中国机械工程 20（2009）2127-2131. [8] Kirsch U, Reanalysis of Structures：A Unified Approach for Linear, Nonlinear, Static and Dynamic Systems. Springer, 2008. 3
（四）创新点与项目特色： 1.应用ANSYS的APDL语言对车辆部分结构建模，进行初始分析。 2.通过应用初始分析数据，结合Hypermesh中的拓扑优化模块进行结构优化， 在原有模块的基础上进行二次开发。 （五）技术路线、拟解决问题： 1. 技术路线 首先采用ANSYS的APDL语言进行结构建模与分析，获得相关初始数据；然后对结构进行网格划分，确定优化方案； 最后应用Hypermesh中的拓扑优化模块进行优化，尝试与ANSYS进行无缝连接。 2. 拟解决问题： ANSYS中的APDL语言结构建模； 用Hypermesh中的拓扑优化模块进行优化，与ANSYS无缝连接。 （六）预期成果及形式： 1. 完整程序包2～3套； 2. 项目研究报告1份； 3. 发表学术论文或申请专利1～2篇； （七）项目研究进度与安排： 1、2016.04~2016.05 完成资料收集、整理； 2、2016.06~2016.07 完成总体方案设计工作； 3、2016.08~2016.09 完成车辆结构的建模； 4、2016.10~2016.11 完成车辆结构的网格划分方案； 5、2016.12~2017.02 完成相关程序编写，撰写相关学术论文； 6、2017.03~2017.04 整理设计资料，撰写报告，完成项目的验收工作。 （八）已有基础： 1．与本项目有关的研究积累和已取得的成绩 初步掌握ANSYS的APDL语言； 能应用MATLAB进行简单编程。 2．已具备的条件、尚缺少的条件及解决方法 车辆图纸已具备，需要应用Hypermesh对车辆结构进行网格化分，这一过程并不熟悉。通过查阅文献，找相关资料解决这一问题。
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三、经费预算（下表请用五号大小字号填写）
开支科目 预算经费总额 1．业务费 (1) 计算、分析、测试费 (2) 图书、资料、印刷费 (3) 会议、差旅费 (5) 论文出版费 预算经费 （元） 1000 3000 主要用途 有偿使用高性能工作站的计算测试费用（校外完成） 1、 必要书籍购置费 2、 资料录入费 3、 资料检索 1、专家咨询费 2、课题组会务费 3、通讯咨询费 1、 论文版面费 2、 专利费 1、打印纸 2、硒鼓 3、墨盒 4、笔，墨水等文具 5、复印纸 6、硫酸纸 7、移动硬盘、U盘等 项目进行过程中可能产生的其他费用 1.申请学校专项基金：10000元；2.自筹经费：3400元 1200 4000 2．原材料购置费 4000 3．实验装置试制费 4．其它经费 合计金额（元） 0 200 13400 注：项目经费不能用于购买生活用品，不能用于支付餐饮费、出租车费。 四、指导教师意见： 指导教师签字： 年 月 日
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五、学院意见： 主管院长签字（盖章）： 学院（盖章） 年 月 日 六、校专家组意见： 项目合理性、可行性及立项意见： 项目改进意见： 经费额度（元）： 是否推荐参评省级项目意见： 组长签字： 年 月 日 七、学校意见： 主管校长签字（盖章）： 长春工业大学（盖章） 年 月 日 6
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