高静，梁江波，偶晨阳，安俊龙

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

基于HyperMesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计

高静，梁江波，偶晨阳，安俊龙

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

利用通用有限元分析软件HyperWorks11.0，对某重型车转向机支架进行了静强度分析及拓扑优化设计，优化后模型在满足零部件安全可靠性设计要求的前提下，减重效果明显，达到了轻量化的目的。

Hypermesh11.0；转向机支架；静强度分析；拓扑优化；可靠性

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-58-02

引言

结构优化设计是一种规格化的设计方法，要综合各方面的因素、要求、约束条件等等，将设计问题按优化设计所规定的格式建立健全数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案，从而产生一个理想的设计[1]。一般的结构优化问题都包括三个基本概念：设计变量、约束条件及目标函数。随着计算力学领域里结构分析及结构优化理论及方法的不断更新，使得大型复杂工程结构的轻量化成为可能。结构优化理论的发展己不再是单纯要求设计师凭借经验去创造设计方案，而是在初定结构基础上运用优化理论寻求作为目标函数的重量等的最优值，从而获得最佳结构设计。它能在工程结构设计的初始阶段为设计者提供一个概念性设计[2]。

1、材料属性和边界条件

表1 平衡轴支架材料属性

图1 约束和加载

约束：转向机支架与车架连接孔位处六个。

自由度全部约束； 载荷：在提供的装配模型中找到加载位置，绕Y向(坐标系参考整车坐标)顺时针和逆时针加载6350N•m两种扭矩（两种工况），此加载点和另外四个转向机连接孔位置刚性连接。

2、设计优化要点

图2 转向机支架原模型

图3 拓扑优化概念模型

结合原模型结构，对原模型进行拓扑优化，得到如图所示拓扑优化概念模型[3]，以此作为减重设计的重要依据，在此基础之上，对原支架结构进行进一步优化设计，如图4所示。

图4 支架优化设计图

减重思路：结合拓扑优化概念模型及原模型位移、静强度分析计算结果，在局部区域进行优化减重[4]。优化设计后模型质量16.22kg，较原模型减重1.168kg。

3、静强度分析

对该转向机支架优化前后模型各工况静强度分析结果如下图[5]：

图5 模态分析图

表2 静强度计算结果综合比较

4、结论

经过对原模型和优化后模型顺时针扭矩工况、逆时针扭矩两个工况的静强度分析计算，优化设计后模型在减重1.168kg的条件下，静强度各工况安全系数都有较小幅度的减小；综合比较知，优化后模型在安全可靠性方面较原模型基本趋于一致[6]。

[1] 陈家瑞.汽车构造.北京:机械工业出版社,2002.

[2] 王望予.汽车设计.北京:机械工业出版社,2003.

[3] 李楚琳.HyperWorks分析应用实例.机械工业出版设,2008.

[4] 周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析.长春:同济大学出版社,1997.

[5] 龚培刚.有限元方法及其在汽车工程中的应用.重庆:重庆大学出版社,1988.

[6] 马文华等.弹性塑性有限元.湖南:湖南科学技术出版社,1983.

Based on HyperMesh - turning machine Optistruct topology optimization design

Gao Jing, Liang Jiangbo, Ou Chenyang, An Junlong
( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )

The use of finite element analysis software HyperWorks11.0, For a heavy vehicle steering bracket static strength analysis and topology optimization design, The optimized model components meet the safety and reliability of the design requirements of the premise, Weight loss effect is obvious, Achieve the purpose of lightweight.

Hypermesh11.0; Steering bracket; Static strength analysis; Topology Optimization; reliability

U462.1

A

1671-7988(2016)07-58-02

高静，就职于陕西重型汽车有限公司汽车工程研究院，主要从事产品设计开发工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.018