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　　【摘要】：提出了区域灵敏度分析方法，并通过设定关键区域的区域厚度变量，将灵敏度分析对象由单个零件的厚度变成关键区域的区域厚度变量。提出了基于优化空间重组及灵敏度筛选机制的空间多层形貌优化技术，对零件沿法向正反两个方向进行了结构形貌优化，并将两种方法应用到某车身轻量化设计中。应用实例表明，该方法可以成功地实现关键区域的灵敏度分析，并能大大缩短车辆开发时间优化。
　　【关键词】：轻量化设计；区域灵敏度分析；多层空间形貌优化；车身设计
　　0引百
　　对于传统的内燃机汽车，整车质量每减轻
　　10%,可降低油耗8%,降低排放4%。整车质量中，白车身质量所占比例为1/3?1/2,因此白车身减重在整车减重中起很大作用。在满足各个性能的情况下，对白车身进行最大程度的减重也是各大企业降低成本的重要手段[13].
　　基于厚度灵敏度分析的零部件厚度减薄与板件形貌优化是现阶段最常用的两种轻量化手段，学者们对这两种轻量化技术进行了大量的研究，并取得了较好的效果。基于厚度灵敏度零部件减薄的技术方面，兰凤崇等[]运用灵敏度分析技术和基于梯度法的修正可行方向优化算法，更高效地实现了车身结构轻量化；王书亭等5利用厚度灵敏度分析，对车架进行了轻量化设计;杨搏等[6]利用厚度灵敏度分析出了板件厚度对车内声压点的灵敏度；曹文钢等[]基于灵敏度分析，对客车车身质量进行了优化研究。基于形貌优化技术方面，周杰等[8]等研究了扇形加强筋结构对汽车后轮毂包成形质量的影响；熊辉等[9]研究了形貌优化技术在车身钣金件中的应用；孟瑾等[10]基于形貌优化和一步成形法，对铝合金发动机罩板进行了轻量化设计。
　　上述研究中，灵敏度方法的分析对象都是零部件，对轻量化的指导也大多局限于板件厚度的减薄与加厚，分析对象极少针对车身的关键区域，无法对车身的关键位置或区域进行直接的灵敏度分析，从而不能最大化地实现轻量化设计。同时，上述研究中运用的形貌优化都是沿板件单一正法向进行特征筋条的设计，很难要求板件在优化过程中沿法线正反两个方向同时进行。
　　本文提出的基于区域灵敏度分析方法可实现汽车车身任意区域的灵敏度分析，优化对象由单一独立的零部件变为任意关注区域。同时，本文提出的空间多层形貌优化技术将可对零件特征沿法向的正反两个方向同时进行优化设计。
　　1区域灵敏度分析的定义
　　本文提出的区域灵敏度研究对象是车身的任一接头区域，即图1中1、2、3、4处。在选定区域设置一个区域变量，通过该区域变量的变化来实现区域内各个零件的厚度变化。区域灵敏度分析就是确定白车身特性响应对一个区域内的共用区
　　1.接头上区域2.D接头上区域3.D接头下区域4.接头下区域图1区域灵敏度分析模型
　　域变量的灵敏度分析。该方法通过对车身任一区域的灵敏度分析，可以得到车身任一区域对车身某种性能的影响大小。
　　2区域灵敏度分析的数学模型
　　在白车身详细设计阶段之前，优先寻找白车身骨架最为敏感的关键区域，对这些区域进行加强，能为后续的车身详细设计打下良好基础。
　　区域灵敏度是在单个板件的厚度灵敏度基础上得到的，设性能分析函数FU)可导，则一阶区域灵敏度S的数学模型可表述为
　　S=dF(.r.)/dx(1)其中x是与该区域内各个零件厚度fi山，…，"相关联的区域变量。区域灵敏度分析的关键就是定义出与该区域内各个零件厚度都有关联的区域变量。本研究按照区域变量设置方式的不同，将区域灵敏度分析分为区域等差灵敏度分析和区域等比灵敏度分析。
　　2.1区域等差灵敏度模型的处理及数学模型的建立
　　首先在选定区域的各个零部件表面同时附加一个新的零部件。在有限元模型中的各个零件的表面重新建立一个与其结构形状一样的新零件，如图2a所示，以此保证新增加零件的每个节点与原来各个零件表面对应节点重合。通过优化新增加零件的厚度可间接优化各个零件的厚度。这种处理方法中，各个零件厚度的变化是等差方式变化，因此称为区域等差灵敏度分析。
　　1.区域零件一2.区域零件二3.区域零件三4.新增零件()各零件表面增加与其形状一致、节点重合的新零件
　　()某关键区域各零件初始图图2区域等差灵敏度分析示意图
　　?
　　如图2所示，车身某关键区域含3个零部件。零部件1?3的初始厚度分别为^。和"，新增零件的厚度为&，则有
　　ti=11。+、
　　t2=t2ri+AM⑵
　　t3=t3。+tt
　　由于初始厚度t。t2。t3。均为常数，则式（1)中的t为At的函数，即
　　S=dF(At/dAz()
　　车身第z区域含有《个零件，则第z区域的区域等差灵敏度数学模型可表示为
　　Sz=dF(At,)/dAt,()
　　式中，Az为车身第i个区域新增零件的厚度，Z=12，…，
　　为车身关键区域的个数。
　　本文将t,定义为第，区域等差灵敏度分析的区域变量，则区域等差灵敏度分析时，分析变量由传统的各个部件的厚度转化为区域变量t,，实现了同一区域部件的厚度能按照同一参数差值的变化而变化，从而得到区域的灵敏度，进而对比各个区域不同参数的大小，得出各区域灵敏度的高低。
　　2.2区域等比灵敏度模型的处理及数学模型的建立