基于拓扑优化的车身结构研究
基于变密度法的连续体结构拓扑优化研究
基于变密度法的连续体结构拓扑优化研究引言：连续体结构是指由连续材料组成的结构，如桥梁、建筑物和飞机机翼等。
对于设计者来说，如何优化这些结构的拓扑是一个重要且复杂的问题。
结构拓扑优化可以帮助设计者找到一个在给定的约束条件下最优的结构形状。
在过去的几十年里，许多方法已经被提出来解决这个问题，其中变密度法是一种被广泛应用于连续体结构优化的方法。
1.变密度法的原理变密度法是一种基于材料密度的优化方法，它通过改变结构中不同区域的密度来调整结构的拓扑。
其基本思想是先将结构划分为许多小的单元，然后对每个单元中的材料密度进行调整，最终得到最优的材料密度分布。
2.变密度法的步骤（1）定义设计域：将结构划分为多个单元，并给每个单元中的材料密度分配一个初始值。
（2）定义目标函数和约束条件：目标函数是设计者所期望的结构性能，如最小重量或最大刚度。
约束条件可以包括应力约束和位移约束等。
（3）改变材料密度：通过增加或减小材料密度来调整结构的拓扑，使得目标函数在约束条件下达到最优。
（4）更新设计：根据目标函数和约束条件的要求，更新每个单元中的材料密度。
（5）重复迭代：不断重复步骤3和步骤4，直到满足预设的终止条件。
3.变密度法的优点（1）灵活性：变密度法可以产生各种不同的材料布局，适用于不同的结构类型和工程问题。
（2）低计算成本：相对于其他优化方法，变密度法的计算成本较低，可以在较短的时间内得到较好的结果。
（3）自适应性：变密度法能够根据目标函数和约束条件的变化自动调整材料密度，实时更新结构拓扑。
（4）材料节约：通过优化结构拓扑，变密度法能够使结构重量降低，从而节约材料成本。
4.变密度法的应用领域变密度法可以应用于多个领域，包括航空航天、建筑工程和交通运输等。
例如，在航空航天领域，变密度法可以用于优化航空器的机翼结构，提高飞行性能和燃油效率。
在建筑工程领域，变密度法可以用于设计高效且节约材料的建筑结构。
在交通运输领域，变密度法可以用于优化汽车车身结构，提高安全性和燃油经济性。
拓扑优化方法在结构设计中的应用研究
拓扑优化方法在结构设计中的应用研究随着科技的不断进步，结构设计已经从过去的传统经验主义逐渐走向了科学化与智能化的发展方向。
在这一趋势下，拓扑优化方法成为了一种非常有效的结构设计手段，被广泛应用于航空航天、建筑工程、交通工程等领域。
本文将对拓扑优化方法的基本概念和应用进行详细阐述，并探讨未来在该领域的发展前景。
一、拓扑优化方法的基本概念拓扑优化（Topology Optimization）是一种运用数学优化方法，通过优化材料在结构中的分布以达到最优力学性能的设计方法。
其核心思想是基于有限元分析（FEA）的原理，利用数值计算的方法模拟材料受力、变形过程，从而得到最佳的材料形态和布局。
该方法所涉及的数学理论主要包括：变分法、有限元法、优化理论等。
在结构设计中，变分法、有限元法用于求解状态量，如材料内应力、形变、位移等，而优化理论则被用于求解设计空间中最优的材料分布情况。
在具体应用中，拓扑优化可以分为两种类型：密集型优化和拉伸型优化。
密集型优化是指将设计空间划分成小单元后分别考虑其内部的材料分布情况，根据经验规则或优化理论求解最佳的材料分布；而拉伸型优化则是在边界受到应力或变形限制的情况下，通过优化理论求解最佳网络形状和拓扑结构。
二、拓扑优化方法在结构设计中的应用拓扑优化方法在结构设计中的应用涵盖广泛，尤其在工程领域中有着广泛的应用。
下面将从航空航天、建筑工程和交通工程三个方面介绍其应用。
1. 航空航天在航空航天领域中，拓扑优化技术能够帮助设计轻量化、高强度、高刚度的结构件，从而降低整机的重量和燃料消耗。
例如，利用拓扑优化方法，可将飞机机翼中的钢材部分替换为轻量化材料，如碳纤维。
同时，利用拓扑优化技术，可以设计出更佳的涡轮增压器，以提高发动机的效率，同时减少重量和体积。
2. 建筑工程在建筑工程领域中，拓扑优化技术被应用于建筑结构设计中，可有效降低建筑结构的重量，同时提高结构的强度和刚度。
例如，在大型建筑中，利用拓扑优化可以减少结构材料的使用，同时保持结构的坚固。
车身骨架结构拓扑优化设计综述
个连续体的设计空间中确定 出车身主要承载结构 件 的最 佳布 局 。国 内已陆续 开展 了这方 面 的理 论研
一
究 及工 程应 用分 析工作 。
１ 拓扑优化方法简介
拓扑优化是在一定空间区域 （ 骨架结构或连续 体） 内寻求材料最合理分布 的一种优化方法， 它是一 个 迭代 的过程 。 预先 定义 的某种 材料 分布开 始 （ 从 如 均匀分 布） 一次迭 代包 含有 限元 分析 、 敏度 计算 ， 每 灵 和修改材料分布 ３ 个子步骤。 在多次迭代后（ ２ 通常 Ｏ 次 以下 ） 料 分布 趋 于稳 定 ， 化 即结 束 。对 于连续 ， 材 优 空 间 问题 ， 用现 有 商业 软 件通 常 能得 到 材料 ０ １ 使 — 分布或 接近 ０ １ — 分布 的设 计结果 。骨 架结构 的拓 扑 优化的结果可直接用于设计， 而连续体问题往往需 要进一步的处理， 需要软件和设计者的共同努力 。 拓 扑优化 由以下 ５ 个步骤组成： 准备工作 、 拓扑优化 、 结果 后 置处理 、 非参数 化形 状优 化 和 Ｃ Ｄ建模 。也 Ａ 可能由于需要修改参数等原因， 而对某一步或整个 过程 进行 反 复迭代 。车 身骨架 拓扑 优化 的基本 过程
如 图 １所示 。
图 １
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２ 车身骨架拓扑优 化方法
２１ 车 架结构 离散拓 扑优 化 ・ ．
结 构 拓 扑 优 化 分 为连 续 结 构 拓 扑 优 化 和 离 散 结构 拓 扑优 化，这两 种方 法都 是 在初 始结 构基础 上 进行 拓扑 优化设 计 。 续结 构拓 扑优 化适应性 较广 ， 连
基结构， 它是所有可选拓扑方案 的集合， 需要根据相 应的设计经验归纳得到。设在基结构 中有 ｎ个构件 需 要 通过 优 化 来 确 定 存 在 状 态 ， 用 变 量 ｘ（＝ ，， 并 ｉ ｌ ｉ ２ ｎ ）来 表示 ，当第 ｉ 构 件在 最 优结 构 中存 在 时 ｘ 个 ；
基于正交试验的大型客车车身结构多工况拓扑优化研究
（） １
对单个 静态 工况 而言 ：
Ｃ ｕ ｉ１ ｙ ＝
ＫＭ 厂 ＿
ｃ ｕＫ ｕ ：１ Ｔ ：１
ｒ
（） ２
Ｏｒｈ ｇ ｎ ｌＴｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ａ ｓ
Ｇａ ｎ ａ ， ａ ｇＪｎ ｒｎ ｏＹｕ ｋ ｉ Ｗ ｎ ｉｇｅ ，Ｗ ａ ｇＹｉ ｎ
（ ｏｇｉ ｎｖｒｉ ） Ｔ ｎｊＵ ｉｅ ｔ ｓｙ
【 ｓｒｃ］ ｎ ｅｅ ｍ ｎ ｅｍ ｍ ｄ ｌ ｆｈ ｏｙｓｕ ｔｒ ｏ ｒｅ ｓ ｅ ｕ ｓｃｎｔ ｃ ｄ ａ ｄｔ ｎｓ ｔ ＡｂｔａｔＡ ｆ ｉ ｌ ｅ ｔ ａ ｏ ｅ ｏ ｅｂ ｄ ｔ ｃ ｅ ｆ ｌ ｇ —ｉ ｄｂ ｓｉ ｏ ｓｕｔ ， ｎ ｈ ｔ ｉ ｉｔ ｅ ｂ ｔ ｒ ｕ ａａ ｚ ｒ ｅ ｅ ａｃ
ｓ ｏ ｈ ｔｗ ｉ ｈ ｉｈ ｆ ｈ ｏ ｙ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｓｉｈ ｌ ｎ ｒ ａ ｅ ， ｄ ｌ ｅ ｆｒ ｌｎ ｅ ｓｉ ｎ ｓ ｎ ｔ ｎ ｔ ｆｔ ｅ ｂ ｓ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｌ ｔｅ ｗｅｇ ｔｏ ｅ ｂ ｄ ｔ ｔ ｒ ｓ ｌ ｔ ｉｃ ｅ ｓ ｄ ｍｏ ａ ｒ ｕ ａ ｅ ， ｔ ｅ ｓ ａ ｄ ｓｒ ｇｈ ｏ ｕ ｅ ｔ ｕ ｇ ｙ ｐ ｏ ｆ ｅ ｈ ｂ ｄ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ， ｒ ｅ ｓ ｎ ｂ ｅｂ ｄ ｔｕ ｔ ｒ ｓｏ ｔｉ ｅ ． ｏ ｙ ａ ｅ ｉ ｒｖ ｄ ｍｏ ｅ ｒ ａ ｏ ａ ｌ ｏ ｙ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｉ ｂ ａ ｎ ｄ
机械设计中的结构拓扑优化研究
机械设计中的结构拓扑优化研究随着科技的发展和制造技术的不断进步，机械设计领域对于结构的要求也越来越高。
为了提高机械结构的性能和强度，结构优化成为了一个研究的热点。
在结构优化中，结构拓扑优化是一个重要的研究方向。
本文将从机械设计中的结构拓扑优化入手，介绍其背景和目的，并探讨该领域的研究现状和未来发展方向。
一、背景和目的结构拓扑优化是一种通过重新分配材料和空间来改善结构性能的方法。
在机械设计中，结构的优化可以帮助设计师提高产品的性能、减少材料消耗和成本，并且可以降低产品的重量。
传统的结构设计方法通常由设计师凭经验和感觉完成，这种方法存在很多主观因素，很难保证设计方案的最佳性。
因此，研究者开始探索使用优化算法和计算机模拟来辅助结构设计。
结构拓扑优化是其中一种重要的方法。
通过结构拓扑优化，设计者可以优化结构的拓扑形状，从而最大限度地减少结构的重量和材料消耗，同时确保结构的强度和刚度。
在固定工作载荷下，旨在找到满足设计要求的最佳结构形状，是结构拓扑优化的目标。
二、研究现状目前，结构拓扑优化已经成为机械设计领域的一个研究热点。
研究者们通过数值模拟和优化算法，探索不同的拓扑形状，寻找最优解。
常见的优化算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。
这些算法可以通过迭代优化来得到最优解，但是也面临着计算时间长、计算复杂度高等问题。
同时，研究者们也在不同领域开展了很多案例研究。
例如，有人研究了航空航天领域的机翼结构优化，通过改变翼梁的拓扑形状和布局，减少了结构的重量，并提高了结构的强度和稳定性。
还有人在汽车工业领域进行了车身结构的优化，通过重新设计车身的拓扑形状，实现了轻量化和节能减排的目标。
然而，结构拓扑优化的研究还面临一些挑战。
首先，计算方法和算法需要进一步改进，以提高计算效率和精确度。
其次，结构的优化目标需要根据不同的应用领域和要求进行调整，如考虑多种性能指标的多目标优化问题。
最后，实际制造和成本因素也需要考虑，以确保优化设计的可行性和经济性。
基于optistruct拓扑优化分析的提升车身扭转性能的d柱结构研讨
基于Optistruct拓扑优化分析的提升车身扭转性能的D柱结构研讨刘善英宁子允（东风柳州汽车有限公司，广西柳州545000）【摘要】D柱作是白车身重要的环状结构之一，对白车身的扭转性能贡献较大。
文章主要基于车身结构拓扑优化及CAE 分析，通过拓扑路径找出影响扭转性能敏感的D柱上下接头区域，从而探讨了一种新型D柱结构设计，提高D柱结构的扭转性能。
该结构具有扭转性能提升较高、且重量成本增加较少的特点，更符合品牌、售价一般的国内自主品牌车型，且该结构实施简单，工艺成熟，在成本、重量、性能及工艺实施等综合性方面具有合理性，普及性高。
【关键词】拓扑优化；CAE；车身刚度；D柱【中图分类号】U469.1【文献标识码】A【文章编号】1008-1151(2019)11-0042-03 Research on D-pillar Structure for Improving Torsional Performance ofAutomobile Body based on Optistruct Topology Optimization Analysis Abstract: D-pillar is one of the most important ring structures of the white body which contributesgreatly to the twisting performance of the white body. Based on the optimization of body structure topology and CAE analysis, this paper finds the upper and lower joint area of the D-pillar that affects the sensitivity of torsion performance by the topological path, and then discusses a new type of D-pillar structure design to improve the torsional performance of the D-pillar structure. The structure has the characteristics of higher torsion performance and less weight cost increase, whch is more in line with domestic self-owned brand models with common price. Moreover, the structure is simple in implementation, mature in technology, reasonable in cost, weight, performance and process implementation and other comprehensive aspects, and has high popularity.Key words: topological optimization; CAE; body stiffness; D-pillar乘用车的乘坐舒适性、耐久性等与白车身的刚度紧密相连，白车身的刚度性能则主要与白车身各骨架结构相关[1]。
拓扑优化设计在机械结构中的应用研究
拓扑优化设计在机械结构中的应用研究拓扑优化设计是一种基于拓扑学理论的结构优化方法，它通过在结构中删除或加强特定区域的材料，从而实现结构的轻量化和优化设计。
本文将介绍拓扑优化设计在机械结构中的应用研究。
一、拓扑优化设计的基本原理拓扑优化设计的基本思想是将结构看作一个拓扑结构，通过设计拓扑结构，达到结构减重、优化设计的目的。
拓扑结构可以包括结构的支撑结构、连接点、连通性等。
在设计过程中，需要根据结构的载荷情况、工作环境等设计约束条件，构建结构的有限元模型。
通过不断删除或加强结构中的特定区域，最终得到一个轻量化、高效率的结构。
拓扑优化设计主要有两种方法，一种是基于密度的方法，另一种是基于能量的方法。
基于密度的方法常用的有一些简单的构造单元，如六面体、四面体、单元等来表示结构，然后通过改变构造单元的密度，来实现结构的优化。
基于能量的方法则是将结构看作一个能量系统，通过计算能量和热力学过程来实现结构的优化。
二、拓扑优化设计在机械结构中的应用拓扑优化设计在机械结构中有着广泛的应用，如汽车、航空、机械设备等领域。
下面将分别介绍其在这些领域中的应用情况。
1. 汽车领域汽车制造商在提高汽车的安全性、降低燃油消耗、减少环境污染等方面的要求越来越高，因此，对于汽车结构的优化设计也越来越重要。
拓扑优化设计在汽车结构中的应用主要体现在车身结构、发动机、悬挂等方面。
在车身结构中，通过拓扑优化设计可以实现车身的轻量化，提高其刚度和强度；在发动机方面，则可以实现发动机部件的减重，增加其稳定性；在悬挂方面，则可实现悬挂部件的轻量化和减振。
2. 航空领域拓扑优化设计在航空领域的应用也非常广泛，主要体现在飞机结构、发动机、涵道等方面。
在飞机结构中，通过拓扑优化设计可以实现飞机的轻量化和提高其强度；在发动机方面，可实现发动机材料的减重和性能的提高；在涵道方面，则可实现涵道的轻量化和提高其气动性能。
3. 机械设备领域拓扑优化设计在机械设备领域的应用也非常广泛，如工具机、机床等领域。
分析纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计
分析纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计摘要：在环境问题日益突显的今天，国家对于新能源的开发和利用程度正在不断的加深，而随着清洁能源在社会中的作用加大，行业变革也开始在悄然进行。
以汽车行业为例，燃油汽车是汽车行业的主流，但是在目前的大环境下，纯电动汽车的推进已经成为了不可逆转的趋势，可以说在未来的我国，纯电动汽车的大量使用会是必然的结果。
针对这样的趋势进行电动汽车的设计和生产可以较好的抢占市场，为企业的发展打好基础。
在全面推进电动汽车的未来社会中，纯电动客车车身的骨架拓扑优化设计会成为一个研究的重点，所以本文就此问题展开分析，旨在为具体的设计提供理论思路和指导。
关键词：电动客车；车身骨架；拓扑优化；设计纯电动客车在目前的社会中已经得到了推广和应用，从具体的使用效果来看，其环保性比较强，所以国家在大力提倡电动车辆的生产和使用。
电动客车必然会成为未来客车的发展主流，这是从现如今的趋势进行判断和确定的。
从电动客车的具体分析来看，因为动力形式的转变，车身的骨架结构等也会发生明显的变化。
这既是出于动力装置的要求，也是出于安全性的需求。
本文就纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计进行分析，旨在为其设计优化工作提供帮助，实现实际上的具体提升。
一、有限元分析要进行纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计，需要对骨架的结构受力等情况进行具体的掌握，而这些要素具有综合性和复杂性，需要有科学的方法才能获得较好的结果，所以利用有限元分析法进行具体的分析。
从概念理解来看，所谓的有限元分析指的是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的（较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件（如结构的平衡条件），从而得到问题的解。
因为实际问题被较简单的问题所代替，所以这个解不是准确解，而是近似解。
由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。
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基于拓扑优化的车身结构研究瞿元王洪斌张林波吴沈荣奇瑞汽车股份有限公司，安徽芜湖，241009摘要：随着CAE技术的发展，虚拟仿真技术在汽车开发中的作用也愈来愈显著。
而前期工程阶段，如何布置出合理的车身骨架架构，一直是个相对空白的地带，也是整车正向开发过程中绕不过的坎。
尽管研发工程师根据经验，参照现有车型的结构特点，也能进行车身骨架架构的设定，但总是缺乏有效手段直观地反映不同车型结构布置的特点。
本文用拓扑优化的方法，从结构基本特征的角度来审视这一问题，并运用该方法对某SUV车身结构进行研究，获得一些直观性的结论。
关键词：车身,前期工程,拓扑优化1、引言随着对整车研发过程认识的加深，以及对正向开发过程的探索，在车型开发前期，对车身结构做出更合理的规划显得愈来愈重要。
常规的研发思路之一是通过参考已有车型的结构，经过适当的修改，形成新的结构，并用于新车型中。
但是对于原始车型的设计思路、结构布置的原因等缺乏系统的理解，或者理解不深，往往在更改过程中产生新的问题。
为了部分解决上述问题，本文从结构拓扑优化的角度，对某SUV车型车身结构的总体布置进行初步探讨，以期加深对结构布置的理解。
2、研究方法概述合理化的车身结构，是满足整车基本性能的重要保障。
为了能够实现结构的最优布置，文献[1]使用了拓扑优化工具来布置车身结构。
其基本思路是从造型以及车内空间布置出发，建立车身空间的基础网格模型，然后根据一定的工况要求，对基础网格进行拓扑分析，并根据拓扑结果建立梁、板壳模型，并进行多项性能的优化，从而实现车身结构的正向开发。
本文借助于该思想，建立研究对象的结构空间包络，并对该包络进行拓扑分析，然后将仿真结果与原始结构进行比较，寻找车身结构中的关键点，推测初始结构可能的布置思想，从而加深对该研究思路的理解。
其基本过程如下图所示：3.2 工况车身在实际使用过程中承受非常复杂的载荷，这些载荷对车身的影响各不相同，有的影响局部，有的影响整个车身。
在实际研发过程中，不可能对所有可能的工况进行考察，而且，不同的设计阶段，考察的指标也不相同。
在概念设计阶段，更重要的是保证车身的总体结构刚度，避免后期产生较大变更，导致项目延期或者增加较多的开发成本。
本文主要考察某SUV车型结构布置特点，因此，主要考虑NVH以及碰撞两个方面的工况。
其具体考察工况如下表1所示，4个NVH工况，主要考察整体刚度以及前后端的弯曲性能；4个碰撞方面的工况，主要考察车身承受不同方向的撞击。
表1 主要考察工况[1]对于NVH类的工况，其导致的车身变形都是非常小的，所以，在拓扑优化过程中，不需要考虑结构失效问题。
而Safety工况对车身的影响都是大变形、非线性的，还有接触力存在。
考虑到前后纵梁作为非设计空间，可以看做是刚度很硬的结构，这样对车身其他部位而言，Safety工况的影响将限定在线性范围内。
因此，在进行车身拓扑优化的时候，上述工况均作为小变形来处理。
为了更好地反映不同工况对车身结构布置的影响，对以上8种工况组合成4种研究方案，分别为（1）Safety 工况单独考察；（2）NVH工况单独考察；（3）NVH和Safety同时考察；（4）先Safety工况然后NVH 工况。
如表1所示，8种工况中，每个工况在不同考察方案中的权重比率一致，比如对第一种方案，表1中5-8号工况的权重比例为：15:10:10:5，具体权重根据上述比例分配来设定，其余类同。
3.3 优化目标与约束对于一个优化问题而言，设计变量、约束与优化目标是其主要元素。
对于本文的优化问题而言，其设计变量为单元密度，约束分别是体积分数和对称约束，而优化的目标为考察工况下车身结构的柔度最小化，其中，体积分数是指剔除初始非设计体积的当前总体积与初始总体积的比值，而对称约束是指相对于车身XZ 平面，车身结构左右对称。
以上优化问题可简化描述成如下形式[2]：目标：最小化，i表示设计变量数，j表示考察工况数，为第j个工况下的柔度，为第j个工况的权重；约束：体积分数，车身对称约束；设计变量：，其中表示第i个单元的单元密度。
3.4优化结果与结构分析为了能够获取上述不同方案下的结构拓扑布置，采用OPTISTRUCT软件对上述结构进行优化计算[3]，并将结果分别与该SUV的结构布置进行比较。
对于车身结构而言，一般可分成前舱、顶盖、地板、侧围、后围等结构部分。
考虑到部分结构模块的复杂性以及碰撞分析的非线性，所以在下面对比过程中，主要考察对象为顶盖、下部车身、侧围、防火墙这四个部分。
3.4.1 顶盖对于车顶盖结构而言，四种方案中，方案2-4涉及NVH工况，且扭转工况所占比重较大，为了获得较高的抗扭转能力，主要结构成斜网状分布，结果如图4所示。
方案1为安全工况，载荷以纵、横分布为主，所以顶盖材料主要呈横向（Y向）分布，顶部横梁分布于B柱后侧③以及后背门上部②。
方案2为完全NVH 工况，除了前顶横梁①以及后部横梁外②，中间梁均为网状，而前后顶横梁①②对于车身抗扭能力具有重要作用。
方案3中同时考虑了安全性能与NVH要求，前后横梁依然是重要结构，同时在B柱上部后侧同方案1一样，存在一根横向布置梁③。
方案4中，将方案1（安全工况）中的主要横梁设定为非设计空间，然后进行NVH工况优化，从结果看，顶盖材料分布与方案3相近。
从4个方案的结果可以看出，对于车身顶盖而言，前后横梁①②以及B柱上部横梁③对车身主要结构的贡献相对比较大，在结构布置的时候，需要重点关注。
其结果同原结构比较来看，前后横梁相互对应，其他中间横梁对整车刚度的作用比较小，其主要作用表现为对顶盖外钣金的支撑以及抗雪压等。
①前顶横梁；②后顶横梁；③B柱上横梁；图4 顶盖结构拓扑图3.4.2 下部车身下部车身共考察9个部位梁的分布，如下图5所示。
方案1主要体现了①②④⑧⑨五个横梁，横梁⑤⑥较原始结构有偏移，拆分成了3个横梁。
从SUV的地板纵梁布置看，其结构形式明显不同于一般贯通式布置，其纵梁②与整车X向呈一定角度，且中止于前地板中横梁⑤，该纵梁的布置在方案1中得到较显著提示，其拓扑材料的分布与SUV的该纵梁分布相同，同样止于前地板中横梁⑤附近。
后地板前横梁⑦对碰撞安全的影响不明显，拓扑结果中在该位置没有材料布置，而横梁⑧与⑨的作用显著。
方案2中主要考察NVH性能，从结果看，前地板材料以中通道为中心连接梁，呈网状分布，说明该部位的Y向横梁的作用相对弱化，只有如结果所示的布置才能最大化扭转刚度；在后地板部位，横梁⑧⑨位置清晰，其中横梁⑧前部材料呈X状分布，前点部位对应原型结构的横梁⑦，后点部位连接横梁⑧，说明这两个横梁对刚度的贡献比较大，尽管横梁⑦与所给的拓扑材料分布有差别。
该布置方式也符合一般的认知，从车身实际情况看，该部位也是设计重点关注部位之一，车身整体扭转刚度的提升、路试开裂问题的解决，都需要在这里开展更多的工作。
防火墙；②前地板侧纵梁；③前地板；④前地板前横梁；⑤前地板中横梁；⑥前地板后横梁；⑦后地板前横梁；⑧后地板中横梁；⑨后地板后横梁；图5 下部车身结构拓扑图方案3综合考虑的Safety与NVH工况，从结果可以看出，梁①-⑤、⑧⑨均可以较清晰地体现，梁⑥在方案中有所体现，不过位置较原型结构而言，偏靠前一些。
而梁⑦与纵梁搭接处形成了X型交叉结构，与方案2相同，说明，该处位置主要体现了刚度方面的要求。
对于前排驾乘舱地板部位而言，交叉型的梁布置结构有利于提升整体的扭转刚度，对比到原型结构可以看出，原型结构中前地板纵梁布置不同于一般的垂直布置，呈现一定角度的交错分布结构，同时兼顾了方案1中的前地板纵梁的分布，从拓扑结果来看，该SUV的前地板梁的布置考虑比较综合，兼顾多个性能。
方案4将方案1中部分梁结构设定为非设计空间，然后按照NVH工况进行优化分析。
从结果看，①和⑨是必要的整体结构，②在该方案中也有一定体现，但是梁的长度相对较短，截止于梁④。
方案中梁③较原结构有变化，斜向连接于①④之间。
后地板部位梁的布置同方案2和3，均会形成X结构。
从上述方案来看，SUV的地板结构布置考虑性能比较综合，对于该尺寸的车身结构布置而言，前后纵梁的不贯通设计也符合拓扑结构的布置。
梁④和⑦、⑧是地板横梁中非常重要的结构，梁②-③、⑤-⑥的具体布置，需要根据实际需要，进行适当的调整，保证车身Safety和NVH的性能综合平衡。
3.4.3侧围对于侧围结构而言，从下图6比较看，4种组合方案对侧围结构的影响主要体现在车身后部三角窗处，方案1（安全工况）的布置与其他三种方案略有差别，材料分布上只有三角窗前、后梁①②以及与轮罩的连接件④。
其他方案中，除了原型中的梁①-④的布置比较清晰，梁③下部的材料也有所布置，从而可以提供比较好的NVH性能，这在方案1中没有得到反映，说明这些材料分布对NVH性能而言，具有更多正向作用。
三角窗前梁；②三角窗后梁；③三角窗下梁；④三角窗与轮罩连接件；图6 侧围结构拓扑图图1 研究思路3、某SUV车身结构研究本文选取的研究对象是某比较受欢迎的城市SUV，通过对其结构的研究，有利于了解其总体结构的布置原理。
本文采用上文提到的方法，对该车型结构进行剖析。
3.1 研究对象及结构包络图2显示为该SUV车型的结构模型，经过适当处理，产生图3的结构包络模型，可以用该结构包络进行后面的结构拓扑分析。
该结构包络模型完全包含了原结构的布置空间，材料为普通钢材。
考虑到整车在前后碰撞过程中需要纵向刚度比较好，将前后纵梁以及后轮罩直接设定为非设计空间，其余网格均作为设计空间。
图2 某SUV结构有限元模型图3 某SUV结构包络模型3.4.4 防火墙对于防火墙结构而言，主要承担碰撞以及扭转载荷。
从图7所示拓扑结果来看，防火墙的材料呈网状分布，其中方案1能比较清晰地看到梁①-③的分布，其他方案中，只有梁②③比较清晰可见。
①防火墙横梁；②纵梁；③流水槽横梁；图7防火墙结构拓扑图4、总结通过材料布置的拓扑分析，可以看出，该SUV车身原结构在布置上比较符合较佳的材料分布。
初步获得下列直观性结论：（1）对车顶盖结构而言，前后顶部横梁对车身具有比较重要的影响，尤其是后顶部横梁；B柱上部顶横梁对顶部Safety具有重要影响；（2）对于下部车身而言，除防火墙部位以及后围横梁外，驾乘舱下部的座椅横梁以及后轮罩部位的横梁，无论是Safety工况还是NVH工况，都比较重要；（3）地板纵梁的布置可以是非贯通式的，其走势上也并非一定要与整车X向一致，可以与门槛梁的走向成一定角度；地板梁一定程度的网状布置，对提升抗扭性能有正向作用；（4）后侧围三角窗部位结构对安全和NVH都比较重要；（5）对于防火墙布置而言，网状的结构对NVH性能有正向作用。
本文所述方法在有效性方面还需要更多的研究例证。
而且，对于Safety工况进行了线性化处理，所得结果是否符合碰撞安全的设计理念还需要进一步研究。