新能源汽车的门槛梁是车辆结构中的关键组成部分，它在承受垂直载荷、侧向碰撞时起着至关重要的作用，同时也需要保障电池包的安全。随着新能源汽车行业的快速发展，汽车轻量化设计已经成为提高能源效率和延长续航里程的重要手段。然而，轻量化设计的同时必须保证汽车的安全性能。
拓扑优化是一种新兴的结构设计技术，它通过调整结构内部材料的分布来优化力学性能或减少材料使用。在这种方法中，设计变量是结构单元的密度，通常在0到1之间变化。通过将设计区域划分为有限元网格，然后根据约束条件删除无效材料，可以形成一种带有孔洞的连续体结构，以达到最优的力学性能和重量目标。静力拓扑优化的目标函数是最小化结构的期望目标，同时满足静力平衡条件和体积约束。
在本研究中，采用Optistruct软件进行基于模式重复的拓扑优化设计。模式重复允许设计者在结构中重复某一特定区域的优化结果，以确保一致性并减少制造难度。研究选取了6系列铝合金（6082-T6）作为门槛梁材料，因其具有较高的弹性模量、良好的强度和较低的密度。在Optistruct中建立门槛梁的有限元模型，用壳体单元进行建模，每个单元的尺寸设定为1.5mm，并设置了相应的材料属性。
优化过程通过迭代进行，控制变量是体积比，保持在0.16不变，随着迭代次数增加，结构的柔度逐渐减小，表明结构的刚度在提升。在不同迭代阶段，观察到优化后的门槛梁截面的密度分布有明显变化，这有助于改善结构的承载能力和抵抗变形的能力。同时，对各个截面的应力分布进行了分析，以评估其在不同载荷条件下的性能。
在实际应用中，考虑到梁可能受到的各种方向的载荷，研究模拟了-z、+y、+z、-y四个方向的加载情况。通过对比优化后的门槛梁与已通过碰撞试验验证的标准车型的门槛梁刚度，发现优化后的梁在垂向和横向刚度上均超过了标准车，满足了安全性能要求。
本研究通过拓扑优化和模式重复技术对新能源汽车的门槛梁进行了设计，以实现轻量化和安全性能的双重目标。这种优化方法不仅提升了结构的力学性能，而且简化了制造过程，对于推动新能源汽车的轻量化发展具有重要意义，为未来类似设计提供了有价值的参考。
