拓扑优化在独立悬架构件设计中的应用

1 课题背景

      仿真驱动设计的结构设计理念已融入多种新产品的研发流程中，尤其在零部件类的设计过程中采用优化仿真驱动结构设计，不仅可以保证产品性能要求，还大大地缩短了开发周期。

     目前新能源汽车对结构件轻量化水平要求越来越高，本课题以某款四驱SUV独立后悬构件为例，说明拓扑优化方法在实际工程中的应用。最终产品以轻量化为目标，在设计过程中始终性能为约束条件，经过优化后产品不仅满足各项性能要求，并且重量比原方案减重18%，达到设计目标。

2 问题描述

      在某款大型四驱SUV独立后悬结构开发设计过程中，由设计部提供的原方案经性能分析，局部应力集中比较明显，但是结构整体应力水平不高，存在重量减轻的可能性。仿真工程师决定采用拓扑优化的方法，重新设计构件的整体结构形式，使结构受力更合理，并降低产品重量。

      构件的设计空间如下图所示，在蓝色半通明区域内设计该构件。

      经多体动力学分析，该构件受力可以简化为平面内受力，因此将拓扑空间简化为平面结构。利用拓扑优化，确定控制臂的整体结构形式，为后续优化设计提供基础构型。

3 优化设置

约束条件：应力＜设计应力；端点位移＜设计位移

优化目标：质量最小。

4 优化结果

    经过多次优化迭代后拓扑迭代结果，请参看下图。

通过拓扑结果可以看出构件的基本结构形式，及加强筋的分布。根据拓扑结果进行数模设计，如下图：

其中绿色轮廓为新设计结构，紫色网格为原设计，可以看出两者之间的明显的结构区别。

选取最危险工况，进行强度对比，如下图，优化后应力由340降到287，并且应力分布流畅合理。

6 课题结论

      拓扑优化在零部件类的设计过程中，利用高效的仿真技术驱动结构改进及设计，不仅可以保证产品性能要求，还大大地缩短了开发周期，降低生产成本。