摘要：为解决柔顺常力机构的非线性拓扑优化中存在的数值不稳定问题,对非线性拓扑优化的材料插值方法进行了研究。首先,根据常力机构的工作特点以及输出特性,分别构建了其非线性拓扑优化的设计域以及优化模型;然后,对数值不稳定问题产生的原因展开了讨论,从控制应变以避免数值不稳定问题的角度出发,提出了一种新的材料插值模型,模型中引入了参数α,对低密度单元抗变形能力进行了统一调节,并根据最大等效应变给出了一种参数α的自适应调整策略;最后,基于提出的材料插值模型,推导了常力机构优化模型的目标函数敏度表达式,对不同常力区间的常力机构进行了优化,分别对优化结果以及优化效率进行了讨论;并搭建了实验平台,对优化得到的常力机构的实际输出性能进行了验证。实验结果显示:该方法优化得到的常力机构在特定的常力区间内,最大输出力误差为2.3%。研究结果表明:自适应材料插值方法有效地避免了数值不稳定问题,稳定性得到了提升,且优化效率相比于附加超弹材料方法得到了提升。

摘要：由于汽车碰撞安全法规的升级以及轻量化的需求,对汽车碰撞关键件的优化提出了更高的要求。基于混合元胞自动机法,给出了汽车开发详细设计阶段在复杂工况下实现非线性拓扑优化的流程。首先,将整车模型根据工况特点简化为等效模型;然后,基于等效模型开展非线性拓扑优化设计;最后,将等效模型优化结果应用于整车模型中进行验证,完成轻量化设计,其中,对于侧面柱碰撞工况动力电池的防护,以门槛梁为优化对象,在原有优化结果的基础上通过设计使重量减小了12%。针对《中国保险汽车安全指数测试评价规程》(2023版征求意见稿)中侧面碰撞工况后的车门侵入过大问题,采用非线性拓扑优化对C柱钣金进行设计,使重量减小了13%。