拓扑优化在底盘件开发中的应用

1、背景介绍      

       前摆臂是汽车底盘前悬架主要传力部件之一，具有支撑测向力及水平力功能的悬架部件，它决定悬架系统的几何形状。摆臂一般用球头销、橡胶防尘套等柔性连接方式与车身及车桥连接，有时也采用刚性连接方式与车桥连接。摆臂一般采用钢板冲压件或铸、锻造工艺制造。在汽车行驶过程中前摆臂强度能否满足要求，直接影响汽车行驶安全性。本课题利用拓扑优化的方法，驱动设计了一款新型铸件摆臂，不仅满足各种性能要求，而且重量比同级别车型减轻28%，实现了轻量化设计。

2、模型设置

      单元尺寸：铸、锻件-本体 3mm 四面体单元，球销座 3mm。摆臂轴套外管，通过体焊缝连接，采用基本尺寸3mm（长、宽方向）六面体网格，套管厚度方向分布三层体单元。

    摆臂强度分析工况如下：

     ①经典工况 颠簸工况 加速工况 制动工况 转向工况

     ②组合工况 凹坑转向 加速转向 制动转向

     ③极限工况 前进冲击

工况需通过Adams多体悬架模型进行载荷分解计算，提取出各工况下的硬点力和力矩（Fx、Fy、Fz、Tx、Ty、Tz）,对应施加在各硬点处。

3 优化设置

①拓扑变量，尺寸约束＞10，拓扑空间如下图所示：

②约束条件，前述工况下最大主应力＜设计强度；安装点位移＜设计值；摆臂向失稳载荷＜设计值；

③优化目标，质量最小。

4 拓扑结果

    经过优化迭代后，最终拓扑结果如下图：

5 路径解读

将拓扑结果导入Inspire，进行路径解读，如下图：

6 产品设计

    将优化数模输出到设计部，经过成型分析及工程改进，最终设计数模如下图：

7 课题结论

       经过上面的分析讨论，可以知道拓扑优化可以为设计工程师提供基础高效的概念数模，并且概念数模基于产品的性能要求而设计，遵循重量最轻的原则，因此，OptiStruct提供的拓扑优化工具是现代汽车结构件轻量化开发的高效工具。

car.zip

cam.zip