基于Isight副车架多学科优化及轻量化优化

一 .性能分析

    副车架的性能分析包括强度分析、模态分析、动刚度分析、疲劳分析等。

1.1 强度分析

    强度分析采用惯性释放法，考察工况根据公司内部规范进行，一般包括常规工况和极限工况。首先进行初始性能分析，然后根据受力状态和分析结果进行筛选用于多学科优化分析中的分析工况（当然不进行工况筛选包络，用全部工况用于多学科优化亦可以）。本例中为工况4、5、8、10用于多学科优化分析。

1.2 模态分析

    副车架采用自由模态分析，校核第一阶模态。一般为扭转模态。因此优化过程中亦不需要进行模态追踪。（多学科优化时进行模态追踪的方法可以参考以前的文章）

1.3 动刚度分析

    本例中后副车架共有11个接附点，包括8个控制臂安装点和3个电机悬置安装点。具体多学科优化分析时需要考察哪些安装点的动刚度值，需要根据变量位置进行评估，当然如果不确定是否有影响，可以把所有安装点的动刚度作为多学科优化时考察的性能。

注：如果副车架为柔性连接，则动刚度单体分析即可。如果与车身为刚性连接，则在进行动刚度分析时需要带着车身模型。此时如果进行多学科优化时需要考虑计算机硬件资源的影响。为了节省计算资源，往往优化时可以使用超单元法对车身创建超单元，再进行副车架动刚度分析。这样可以大大节省计算时间和计算资源。关于使用超单元法进行动刚度分析的方法后续专门进行节省。本例中后副车架为柔性连接，只需要进行单体分析即可。

    使用超单元可以让电脑完成小马拉大车，这对于个人电脑在进行多学科优化时的收益是十分明显的。而且超单元的精度一般非常高，误差一般在百分之零点几。

1.4 疲劳性能

    副车架疲劳分析可以进行基于道路谱载荷或台架载荷。疲劳性能可以作为校核性能，不在多学科优化时考虑。（当然亦可以在多学科优化时考虑疲劳性能，具体方法如车轮多学科系列文章所述）。本例中多学科优化时不考虑疲劳分析。疲劳分析作为校核工况在进行分析。

二.多学科优化参数化模型

    副车架可以进行参数设置的对象包括材料牌号，部件厚度和形状。本例中包括7个形状参数和两个料厚参数。形状参数包括副车架前后横梁的上下侧高度、前横梁前后侧宽度和纵梁外侧宽度，厚度参数为型材部分的前后横梁厚度。参数1为前横梁上侧高度、参数2为前横梁下侧高度、参数3为后横梁上侧高度、参数4为后横梁下侧高度、参数5为纵梁外侧宽度、参数6为前横梁前侧宽度、参数7为前横梁后侧宽度、参数8为前横梁厚度参数、参数9为后横梁厚度参数。

    整个参数化创建过程均在ANSA软件环境下进行，当然可以使用其他软件包括depmeshworks等。里面有一些具体的细节在这里就不做详细展开，包括具体形状参数的创建方法，位置，变量范围，多学科模型协同等等细节需要经验的积累，包括结构特性对强度、模态、动刚度、疲劳性能的影响，优化策略，软件操作等等一系列内容的沉淀。其实多学科优化整个过程的操作也是一种套路化的东西，每个人的操作基本都是这些东西，这个过程早晚会被机器所代替。包括本人写过很多二次开发的内容用于前后处理、流程搭建等等。而人的价值应该体现在创造性，这也是每个人面对同样的工作内容，但产生的工作效果参差不齐的原因。

三.基于Isight副车架多学科优化

    强度分析使用ABAQUS求解器，模态分析和动刚度分析使用Optistruct(个人电脑带不动Nastran)求解器，后处理使用meta用于创建设计响应（hyperview/hypergraph使用方法见以前的文章）。首先按照图示将所需要的部件拖放在图形界面下。其中ANSA使用Isight的接口部件。由于本例中是使用meta进行结果响应的读取，因此ABAQUS和Optistruct的结果不需要直接识别，所以ABAQUS不需要使用Isight自带的部件，而Isight本身不带Optistruct部件。需要明确，如果过程中不需要对输入输出文件进行解析，则模块可以直接选择os command，当然也可以使用simcode。如上所述，meta模块需要读取结果作为设计响应，因此使用simcode模块。

1.双击ANSA部件，在弹出的窗口下的Input标签下，选择ANSA的变量文件。本例中ANSA变量文件为MDO_DV.txt。读入后会自动识别变量，变量名称是以ANSA变量文件中的名称+序号这种格式自动命名的，当然变量名称可以修改。选择需要的变量，在复选框进行勾选即可。在读入MDO_DV.txt文件后，会根据里面的命令自动解析，用于自动完成补全Execution中的命令。如果是一个ANSA模块使用一个.txt文件的情况，则不需要修改后续的内容。而如果是使用一个.txt文件驱动几个ANSA模块进行多学科优化时，则需要自动补全的命令中的变量名。

在Exection标签下，可以看到ANSA的批处理处理命令，其中模型文件，变量文件，输出求解器文件都是根据.txt中的信息自动填充的。如果需要修改，则一般需要修改项。首先修改ANSA模块下所需的文件以及对应的变量名称。

2.激活ANSA模块，选择菜单栏的Files，修改ANSA模块所需的输入输出文件。

2.1.修改自动读入的ansa模型为所需的动刚度ansa计算模型，并将文件名称（Name）进行修改，用于在Exection中命令的设置。

2.2.在output file标签页下修改输出文件。并修改Name，用于在Exection中命令的设置。

双击ANSA部件后，会提示原来的ANSA文件变量名和输出文件变量名已经为无效名称。需要手动添加补全Execution命令。

3.鼠标左键激活-i命令后的位置，选择参数名称对应的参数名称，点击添加即可。同理，输出文件也按上面的方法添加，补全Execution命令。

4.双击simcode部件，在弹出的窗口选择Optistruct批处理文件即可。当然，也可以直接填入Optistruct的批处理命令。

5.在Required Files下，选择添加一个输入文件，将动刚度计算的头文件添加进来。在添加一个输出文件，将动刚度结果pch文件添加进来。

6.双击Simcod部件，在Input中选择meta的ses文件。

7.在Command中选择meta批处理文件。

8.在Output标签下，选择meta的结果文件。在打开的结果文件中，选择动刚度结果设计结果，创建设计响应。这里需要注意的是，如果当前值为整数，则系统自动识别为integer，需要手动修改为Real，如果没有修改，则后续计算的结果为小数为则会报错。

9.映射每个模块需要的文件，即后续模块需要上游模块的文件时，需要将该文件映射到所需的模块中。当然这一步可以在所有模块配置完后统一进行。

以上便完成了动刚度分析流程的设置。后续按照相同的方法设置其他流程。

注：

1.本例中多学科模型就是通过ANSA模块生成，而且使用同一个设计变量文件.txt进行驱动生成求解文件。因此在设置不同的ANSA模块时，当读入设计变量文件MDO_DV.txt时，均会自动读入设计变量，因此只需要每次读入的设计变量名保持一致即可。

2.形状参数为连续变量，料厚参数为列表变量，当使用ansa模块时，会自动更具设计变量文件MDO_DV.txt生成这些变量类型和范围，因此不需要在进行额外的设置。如果需要特殊的设置，比如设计变量之间满足一定的关系等等，在进行额外的设置即可。

四.优化结果

    在满足所有性能约束的基础上，将优化结果带入疲劳分析模型进行更新，然后验证疲劳性能结果。以及其他未在多学科优化分析时考虑的所有工况。通常，副车架一般可以减重10%左右（和初始设计状态，性能余量相关）。

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后续介绍基于Optimus、LS-OPT、modefrontier、Heeds进行副车架多学科优化及轻量化优化的详细设置以及注意事项！