段良坤 曾超 刘伦伦 程市 王凤娟 王俊然

摘要：针对发动机悬架与发电机支架集成的一体式复合支架轻量化设计问题，采用solidThinking软件中的Inspire模块，基于变密度理论，以支架刚度和模型体积为优化目标，以设计空间的单元相对密度为设计变量，以模型振动频率和厚度为约束条件，对复合支架进行拓扑优化设计。在保证支架结构强度可靠性的前提下，优化后复合支架的质量减小、1阶模态频率提高。

关键词：

悬架; 复合支架; 强度; 可靠性; 拓扑优化

中图分类号：U463.326;TP391.99

文獻标志码：B

Topology optimization design on integrated composite bracket

based on Inspire

DUAN Liangkun， ZENG Chao， LIU Lunlun， CHENG Shi， WANG Fengjuan， WANG Junran

（State Key Laboratory of Engine Reliability， Weifang 261000， Shandong， China; Weichai Power Co.， Ltd.，

Weifang 261000， Shandong， China）

Abstract：

As to the lightweight design of the integrated composite bracket of engine suspension and generator bracket， based on the variable density theory， the topology optimization of the composite bracket is carried out using the Inspire module in the solidThinking， in which the support stiffness and model volume are applied as the optimization object， and the unit relative density in design space is selected as the design variable， and the vibration frequency and thickness of the model are taken as constraints. On the guarantee of the bracket strength reliability， the mass of the composite bracket is reduced， and its first mode frequency is increased.

Key words：

suspension; composite bracket; strength; reliability; topology optimization

0 引 言

随着国Ⅵ排放标准新号角吹响，节能减排标准日趋严格，机械产品开发设计师面临着前所未有的考验，产品设计不仅要满足可靠性，而且要符合节约能源的时代背景。轻量化可以降低产品制造成本和提高燃油经济性，是新时代汽车工业的设计理念之一。solidThinking软件中的Inspire模块凭借仿真驱动设计理念，可将产品优化置于产品设计之前。[1]Inspire拓扑优化模拟生物生长过程，调用OptiStruct求解器，获取最省材料的零件力学结构[2]，可协助工程师进行概念设计，缩短设计时间、降低零件材料成本。

1 拓扑优化背景

受整车开发空间限制，某型号直列六缸发动机悬架和发电机支架采用集成式一体铸件，固定于发动机前端。发动机和发电机结构布置见图1。

发电机通过支架固定在机体左侧，张紧轮固定在发电机支架前侧;悬架通过螺栓固定在机体左侧。悬架和发电机支架结构见图2，整体采用实心球铁铸造，铸造厚度为10～12 mm。……