随着国家关于商用车的环保政策陆续出台,以及商用车保有量的持续增加,为了降低商用车污染排放量,提高商用车的燃油经济性、降低商用车使用油耗,商用车的轻量化设计已经成为新兴的设计优化方向。而商用车前下防护作为商用车被动安全的重要组成部分,在保证驾乘人员的安全具有无可替代的作用,但是其质量也不可小觑,因而其轻量化设计在整车轻量化设计中占有重要地位。为了实现商用车前下防护的轻量化设计,同时兼顾其安全性和使用寿命,应对其进行“初步设计及实验验证——CAE分析——优化设计及工艺可实施性改进”整套优化流程。具体分为以下三部分:(1)根据经典力学理论对商用车前下防护简化后进行受力分析,根据挠度理论,使用莫尔积分公式求出前下防护截面的挠度(4与截面宽度(9呈负相关关系。通过控制挠度(4小于允许值求解出截面宽度范围,参照R10系列优先数系,取(9=808)8)。配合现有的模块化组件支架、端盖等,使用Proe完成前下防护总成的三维模型的构建。而后为验证依照理论所设计的前下防护是否满足相关法规要求,在完成样件的试制后,搭建三点静压实验平台,依照相关法规对样件进行三点静压实验,采集在试验中施力中心点的弯曲变形,与规定的允许弯曲变形范围进行对比。结果表明三个工况的实验值均小于对应工况的允许值,表明该前下防护符合相关法规,设计合理。(2)在初步设计的商用车前下防护三维模型的基础上,建立有限元模型,依照《GB 26511-2011商用车前下防护要求》,按照三点静压实验要求针对三种不同工况分别进行有限元分析计算,与已完成的三点静压实验对比,结果表明CAE仿真实验与三点静压实验实际所得施力中心点位移量误差均不超过10%。表明相关CAE仿真实验的方法与结论的正确定与准确性。之后对商用车前下防护主梁进行自由模态分析,提取其前10阶固有频率,为后续进行多目标优化奠定基础。(3)结合商用车前下防护主梁的使用情况以及相关法规,确定3个刚度子目标,为了延长其使用寿命,确定6个固有频率优化子目标,通过统一量纲构建包含刚度子目标和固有频率优化子目标,构建多目标综合优化目标函数。首先层次分析法确定各个子目标权重系数,通过层次分析法一致性判别方法验证权重系数确定合理;其次根据圆角矩形CAE仿真实验结果确定初始值;最后代入多目标综合目标函数确定具体最终多目标优化函数。运用Optistruct通过设置设计域与非设计域、缓冲区域、多目标综合优化函数等,进行形貌优化,通过7步迭代计算,得出形貌优化结果。根据冷辊压工艺相关限制,对形貌优化结果进行工艺可实施性改进,最终得出一种异形截面商用车前下防护主梁结构。并且对设置厚度为2.3mm和2.1mm两种预设方案,按照三点静压实验要求进行CAE仿真实验。实验结果表明两种方案均能满足相关法规,结合轻量化要求,最终选定异形截面(2.1mm)商用车前下防护主梁结构,验证其前10阶固有频率也在一定程度上提升,可以达到延长其使用寿命的目的。最终确定方案减重4.66%。