汽车NVH性能开发|设计模型与拓扑软件分析

1.灵敏度分析

灵敏度分析是优化设计的重要一环，可大幅提高优化效率。这一过程通常可计算出结构响应值对于各设计变量的导数，以确定设计变化过程中对结构响应最敏感的部分，帮助设计工程师获得其最关心的灵敏度系数和最佳的设计参数。灵敏度响应量可以是位移、速度、加速度、应力、应变、特征值、屈曲载荷因子、声压、频率等，也可以是各响应量的组合。设计变量可取任何单元的属性如厚度、形状尺寸、面积、二次惯性矩或节点坐标等。在灵敏度分析的基础上，设计优化可以快速地给出最优的设计变量值。

有些求解器不断地开发新功能，采用共轭灵敏度分析代替直接的灵敏度分析，能够解决高达几十万个以上自由度，几百个参与频率，并考虑上百个设计变量的多种工况组合的动力响应优化。

2.设计优化分析

设计优化分析允许不限数量的设计变量和用户自定义的目标函数、约束和响应方程，除了输入大家所熟知的“分析模型”之外，还需要输入“设计模型”。设计模型是一个用设计变量和结构响应值以数学方式来描述的一个优化问题，它不仅与分析模型有关，并且也与这个分析模型的结构响应有关。先依用户提供的初始设计开始进行结构分析，获得结构响应（如应力、位移、固有频率等）后，确定设计变量对结构响应的灵敏度，这些灵敏度数据被送入一个数值优化求解过程，以得到一个改进了的设计。在这个新设计的基础上，修改分析模型，开始一个新的迭代优化循环过程，直到满足优化设计要求。(www.xing528.com)

目前的优化软件优化功能几经重大改进并实现了形状优化，成为强大的多物理过程的优化工具。优化涉及多种分析类型，如：静力优化、特征值优化、屈曲优化、直接/模态频率优化、气弹和颤振优化、声学优化、超单元优化分析等。除此之外，用户还可根据自己的设计要求和优化目标，在软件中方便地写入自编的公式或程序进行优化设计。

3.拓扑优化分析

拓扑优化与参数化形状优化或尺寸优化不同，它是一种非参数化形状优化方法。在产品概念设计阶段，为结构拓扑形状或几何轮廓提供初始建议的设计方案。现有的拓扑优化软件能够完成静力和正则模态分析。拓扑优化采用Homogenizaion方法，以孔尺寸和单元方向为设计变量，在满足结构设计区域的剩余体积（质量）比的约束条件下，对静力分析满足最小平均柔度或最大平均刚度，在模态分析中，满足最大基本特征值或指定模态与计算模态的最小差。目前的拓扑优化设计单元为一阶壳单元和实体单元。