用于汽车铝合金驾驶室横梁设计和优化的新方法

为了实现汽车轻量化，当前首选的方法是用密度更小的材料替换原有的材料。因此，力学性能较好的铝制材料正逐渐替代钢制材料。其中，驾驶室横梁总成的轻量化设计逐渐成为人们关注的焦点。驾驶室横梁，即仪表板的支撑体用于将转向管柱、空调模块、安全气囊、电子元件和塑料外壳等部件集成在一起，并在碰撞中起到吸收冲击能量的作用。为了实现轻量化，在设计驾驶室横梁时采用铝制材料替代钢制材料，同时改变部件厚度或部件的装配方式等以满足性能要求。

采用结构优化技术以实现汽车铝合金驾驶室横梁的轻量化设计和结构优化。首先，通过拓补优化获得一个7.53kg的驾驶室横梁总成的概念设计，并实现总成的理想装配。然后，通过对驾驶室横梁总成尺寸和形状的优化，完成其物理模型的详细设计。所提出的设计与优化方法兼顾了部件的容许尺寸、振动和噪声特性，最终通过优化而使总质量减轻了5.1kg。所设计横梁总成的1阶固有频率和2阶固有频率分别为40.01Hz和44.97Hz。

Mehran Ebrahimi et al. SAE 2015-01-1370.