王海波

（200093 上海市 上海理工大学）

0 引言

汽车作为现代工业化的标志性产业，是能源消耗的主要产品。汽车行业的发展必须要具备新的技术、材料和先进制造工艺，以降低汽车消耗，缓解能源危机。根据资料显示，减低汽车的质量是降低能耗的一个有效措施[1]。

本文以板簧支架为研究对象，首先对初始模型进行静力学分析，然后分别以安装板厚度T1,大筋板厚度T2，小筋板厚度T3 为设计变量，进行尺寸优化，求出满足强度厚度的最优解。以求出的最优解建立新的模型，进行拓扑优化设计。以拓扑优化后的模型为参考对象进行轻量化设计，分别以切除深度H 和切除三角形边长L 为设计变量，进行结构优化，求出在满足强度条件下H 和L 的最优解，为板簧支架的轻量化设计提供参考。

1 板簧支架的初始模型建立与分析

1.1 板簧支架初始模型的建立

本文利用SolidWorks 对板簧支架进行建模，如图1 所示，对于一些细微特征予以忽略，如：倒角、小孔等，并将安装板厚度T1,大筋板厚度T2，小筋板厚度T3进行参数化处理，初始模型的质量为11.5 kg。

图1 板簧支架三维模型Fig.1 Three-dimensional model of leaf spring bracket

2.2 静力学分析

将建立好的板簧支架三维模型导入Workbench 中，选取Static Structural 模块，进行相关参数的设置。设置材料为Structural Steel，密度为7 580 kg/m3，弹性模量为200 GPa，泊松比为0.3，屈服强度为250 MPa；单元大小设置为6 mm，相关系数调整为100%。对3 个螺纹孔施加固定约束，在板簧支架连接孔中施加X，Y，Z三个大小为10 000 N 的力[3]。分析后板簧的总变形云图如图2 所示，等效应力云图如图3 所示。最大变形为0.18 mm，最大等效应力为183.88 MPa，满足使用要求。……