几何模型
车门组件为乔治华盛顿大学的国家碰撞分析中心(NCAC)提供的单一孤立网格零件。模型中的连接、接触定义和分析步定义已转换为Abaqus中的最佳实践。例如，模型中的区域（单元集）通过点焊（网格独立的紧固件）连接。两个铰链使用铰链连接器和运动学耦合建模，车门锁则使用运动学耦合建模。
材料
车门由三种材料组成：玻璃、塑料和钢。玻璃材料属性赋予窗户对应的单元集，塑料材料属性赋予车门装饰中插入物（如衬垫）对应的单元集，钢材料属性赋予车门板金、铰链及支架对应的单元集。本分析中假设的材料属性如表1、表2和表3所示，符号、和分别代表杨氏模量、泊松比和密度。
因为施加的小载荷不足以引起塑性或永久变形，因此仅使用弹性材料属性。
表1 玻璃窗户的材料属性
| 属性 | 值 |
|---|---|
| MPa | |
| 0.30 | |
| t/mm³ |
表2 塑料组件的材料属性
| 属性 | 值 |
|---|---|
| MPa | |
| 0.30 | |
| t/mm³ |
表3 钢组件的材料属性
| 属性 | 值 |
|---|---|
| MPa | |
| 0.30 | |
| t/mm³ |
网格设计
车门的大部分区域使用S4R三维壳单元划分网格，少量三角形区域分配S3R单元。此外，代表扶手的三维实体区域分配了C3D4、C3D6和C3D8R三维实体单元。尺寸优化仅在壳单元上操作。
分析步设置
分析包括一个频率分析步和一个静态载荷分析步。
边界条件和载荷
模型中应用了两个载荷工况：
Lanczos求解器频率分析步，确定前五个特征值；
静态载荷分析步，确定在车门锁处施加垂直载荷时车门下沉的程度。
在频率分析步中，铰链和门锁在六个自由度上均被约束。在静态载荷分析步中，沿
优化配置
尺寸优化配置如下所述。
优化任务
此示例创建了一个尺寸优化任务。
设计区域
除塑料装饰外，整个车门被选为模型的设计区域。
设计响应
该示例包括三个设计响应：
应用于整个组件的重量设计响应；
使用默认模态分析公式（Lanczos）的固有频率设计响应；
仅应用于车门锁的位移设计响应。
目标函数
目标函数设置为最小化重量设计响应。
约束
频率分析步的约束限制了第一个固有频率不低于会引发怠速发动机振动共振的值（35 Hz）。静态载荷分析步中的约束限制了车门锁在z方向的绝对位移小于或等于合理值（1.42 mm）。
几何限制
代表板金部分的单元集厚度限制在合理范围（0.5 < 厚度 < 2.5）。冻结区域几何限制使代表窗户、铰链及其支架的单元集在优化过程中保持不变。此外，由于外观部门已确定车门外部面板的设计，冻结区域几何限制也防止车门外部的单元厚度发生变化。
集群限制
为代表板金部分的每个单元集定义了集群限制，使每个区域具有均匀的厚度。
结果与讨论
最大设计循环数设定为15，但优化过程在第7个设计循环中收敛。尺寸优化的收敛准则基于单元厚度和目标函数值的变化。目标函数为最小化重量，总重量减少了14%（从30.6 kg减少到26.3 kg），并满足了固有频率和车门下沉的约束条件。
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