【纯电动汽车白车身拓扑优化设计及性能验证】
在当今环保和可持续发展的大背景下，纯电动汽车（Pure Electric Vehicle，简称PEV）因其低噪音、高效能和低排放等优点，逐渐成为全球汽车行业的研发焦点。然而，由于电动汽车的动力系统由电池和电动机组成，与传统燃油车的机械构造截然不同，因此对车身结构的设计提出了新的挑战。车身结构设计不仅需要确保车辆的性能，还需要满足轻量化的需求，以提高电池续航里程。
本文针对纯电动汽车的白车身（Body-in-White，BIW）进行拓扑优化设计，旨在通过优化结构布局，降低结构柔度，提高车身的刚度，同时实现轻量化。拓扑优化是一种结构设计方法，它基于变密度结构理论，通过最小化结构柔度来构建数学模型，从而得到最优化的结构分布。在这种情况下，目标是使白车身在承受静态负载、弯曲负载和扭转负载时，保持最佳的力学性能。
文章运用Solid Isotropic Microstructure with Penalization (SIMP)方法，这是一种广泛应用的拓扑优化算法，可以处理连续和离散的结构问题。通过对白车身在不同工况下的拓扑优化，得出了一系列最优的结构设计方案。在静态负载下，优化后的结构能够更好地分散应力，提高整体稳定性；在弯曲负载下，优化后的白车身能减小变形，保证行驶中的舒适性和安全性；在扭转载荷下，优化设计则能增强抗扭曲能力，防止车身因扭转力而发生过大的形变。
为了验证优化设计的效果，研究者们创建了一个基于优化结果的白车身线框模型，并进行了弯曲和扭转刚度测试。测试结果表明，采用拓扑优化方法设计的白车身结构不仅符合刚度要求，而且实现了显著的轻量化效果，这对于提高电动汽车的能效和延长续航里程至关重要。
纯电动汽车的车身设计需要综合考虑多方面的因素，包括结构强度、重量、安全性和制造成本。拓扑优化作为一种科学的工程方法，为解决这些复杂问题提供了有效的工具。通过这种优化，可以在满足汽车性能指标的同时，实现车身结构的轻量化和成本控制，从而提升纯电动汽车的整体竞争力。
本研究得到了国家自然科学基金和辽宁省自然科学基金的支持，是汽车工程技术领域的重要研究进展，对于推动新能源汽车的发展和优化车身设计具有积极的参考价值。未来，拓扑优化技术有望在更多的汽车零部件设计中得到应用，助力汽车行业实现更高效、更环保的目标。
