悬置支架的有限元分析与拓扑优化研究

之一
。
Βιβλιοθήκη Baidu
5 82
现代振动与噪声技术 (第 6 卷 )
图4
悬t 支架设 计 区城与非设计 区域
,
构
、
变密度 法是连续体结构拓 扑优 化 比较常用 的方法 主要 用于 多工 况 应力 约束下 的平 面 结 三 维 连 续结 构 汽 车支 架 汽 车 车 架 设 计 及 结构 碰 撞 问 题 等 变 密 度 法 ( v a a l i r be
所示
,
修改后支架前十阶 固有频率 (约束模态 ) 与原结 构的对 比如 图 8 所 示 从图 7 和 图 8 可
,
图5
优化结构 的材料 密度 云 图
58 4
现代振动与噪声 技术 (第 6 卷 )
4
结论
本 文对悬 置 支架的进 行分析 与优化
(l ) ( ) 2 ( ) 3
,
得 到如下结 论
:
悬置 支架一 阶 固有频 率满足 产 品要求 ; 悬置 支架 的强度 满足 使用要 求 ;
。
, ,
。
,
,
小
。
从强 度方 面 考虑
;
,
支 架 在 各 工 况 下 的 最 大 应 力 值都 远 小 于 许 用 应 力
,
足 使用要求
从 刚度 方 面 考 虑
支架 的整 体 变 形 很 小
,
,
其 强 度满 是 满 足 使 用要 求 的 可 见机
。
,
,
架 的 整 体 在 强 度 和 刚 度 方 面 都 存 在很 大 的 余 量 机 架 的 优 化 设 计 具 有 很 大 的 空 间 如 何在满 足 一 定 强 度 和 刚 度 的要 求下 寻 求 支架 的 最优 设 计将 是 下 文 将 要 研 究 的 内容
.
。
通 信 地 址 : 合 肥工 业 大 学南 区 2 4
3
信箱 ;
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一
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,
矿 山机 械
,
19 1
,
.
4 M 【 」张 万 昌 热加 工 工 艺 基础 【 〕 北 京 : 高等教 育出版社
.
19 5
.
朱 启听
,
吴 仕斌
.
基 于有 限元 技术 的汽 车支架拓扑优化设 计研 究
.
汽车 技术
,
2( 巧 X
,
. 3
作者 简介
,
, 明准 合肥 工 业 大学硕 士 研 究 生
16 3
使用拓扑优 化方 法
。
,
能实 现 产品 的结 构和 性 能 改进
,
给 产 品 的概 念 设计 提 供 一 定
的参 考价值
参考文献
【 周克 民 ] l
2 【1 ‘ 卿 h
19 8 8
,
,
李俊峰
.
,
李彼
.
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结构拓扑优化研 究方法综 述 〔 ] J
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.
力学进展
,
2( 5 ) X
,
35
: (l ) 6 一6 9
,
。
部 结构拓 扑修 改后 对 支架 重新进 行有 限元 建模 并 对 该结构 进 行 了 模 态 分析 和 静态 分析 检 查是 否 满 足 使用 要 求 其 典型 基 本 流程如 图 6 所 示
。 。
,
,
,
,
对修改后 的模 型 进行有 限元 分析 计算 的各个工况 下最 大应力结 果与原 结构 的对 比如 图 7
.
X IG G
72 5 3
3 4
.
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1 179
26 9 5
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4 7
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动力 总成 悬 置 系统起 着支 承发 动机 及 变 速箱
向动 力 总成 的 传递 等 作用 分析 和 拓 扑优 化研 究
, ,
,
隔离发 动机 向车身 的振动传递
。 。
,
路 面 激励
.
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15
目 t o
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.
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,
〔 ] 3 【 ] 5
陆金 桂 杨树凯
:
结构形 状 优化 设 计的研 究 〔 ] J
现代振动与噪声技术 (第 6 卷 )
2
支架 的有 限元分 析
对悬 置支架进行 自由状态模态 分析时
,
n c o 利用 肠 z
s
法提 取 悬 置 支 架 的 固 有 频率
。
得到
悬 置支架 的前 5 阶固有频 率
,
如表 2 所示
衰2
。
支架 模态绷率
3
4
.
阶数 孩率/ H Z
l
2
.
5
.
23 3 2 4
4 2
12 MP a
,
。
七 种 工 况 下 支 架 的 高 应 力 区 域 分 布 十分
, ,
一 类 似 这 里 只 给 出 三 种 工 况 下 的 应 力 云 图 如 图 1 图 3 所 示 从 图 中 可 看 出应 力 主 要 集 中在 螺栓 孔 附 近 区 域 以 及 加 强 筋 连 接 区 域 在 七 种 工 况 下 支架 的 最 大 位移 都 很 小 只 有 在 D O W N Z G 工 况 下 由 于 向下 的 加 速 度 和 重 力 的 同 时 作 用 其 位 移 要 大 些 通 过 支 架 的静 态 分 析 可 以 看 出 支 架 在 静 态 载 荷 作 用 下 整 体 的 应 力 值 和 位 移 值 都 比 较
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,
考 虑材料质 量 约束 (或 体 积约 束 ) 和 平衡条件
。
。
本 文 对 支架
的拓扑优化也 是通 过 变密度法来 实 现的
设 计 目标
:
悬 置 支架 质量最 小
.
约束条件 体积 比为 0 : 设 计 变量 单元 密度 在 完成前 面 的工 作后
. .
:
6
,
同时 约束七种 工 况下 的最 大位移量
63 45
.
0
.
11 3
从 有 限 元 分析 结果 可 以 看 出支 架 的 一 阶 固 有频 率 超 过 本项 目 的 设 计 要 求
以 支架 的 频 率符合 产 品 要 求
,
4 50 H :
,
所
。
从 上 述 计算 结 果 可 以 看 出
二
,
在七 种工 况 下
。
,
支架 的最 大
, 应 力 都 小 于 材料 的 许用 应 力 【 」
悬 置支架 的有限 元分析与拓扑优化 研究
5 79
悬 置 支架 的有 限 元 分 析 与拓 扑优 化 研 究
雷明 准
陈
剑
陈心 昭
,
(合肥 工 业 大 学噪 声振 动 工 程 研 究所
安徽
合肥
,
3 ( 2 0 刃9 )
摘要
究
。
:
运 用 有 限 元 的 方 法 分 析 了悬1 支 架 的 模 态 和 应 力 情 况
、 、
。
y e st e hd D n i M t o ) 是 人为地 假设 材料 的宏 观物理 常数与 其密度 ” 之 间 的非线 性 关 系 将 连续 体离散 为有 限元模 型 后 将每 个单 元 内的密度 指 定 为相 同 以 每个 单 元 的密 度 为设 计 变量
‘
, , , ,
以结构 的柔顺 性最小为 目标
,
,
开始 进行优化 计算
。
3 经过 1 步 迭 代后
,
,
完成 拓扑优 化
。
图5 为
优 化等值 密 度取 0 3 时得 到 的最优 拓扑形 状 将优 化设计 得 到的设 计空 间 中的相对 密度 系数 小于 0 3 的单 元去 掉 得到最 优拓 扑 结构 在 三 维 CA D 软件 中 重 新 生 成 几 何模 型 并 对局
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工 艺 结构
。
在有 限 元建 模过 程 中
,
,
根 据模 型 的 结构 形式
,
、
受力 状态 和 边 界 条 件 结 合
有 限 元分 析 的 目标
建模 时整 体考 虑模 型 受 力等 情况
,
删除对 结 构力 学性 能影 响 的 小 圆 角等
,
悬置 支架 用 四 面 体 单元 来模 拟 对 原结 构进 行适 当简化后
。
所示
。
衰3
Ca . e N o
S 加d c
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一
. 1 支架 的主要 受力 工况 及 计算结 果
Y 向受力/ N Z
X
向 受力/
~
N
向受 力 /
一
N
最大 等 效应 力 /
MP a
最 大变 形 /
0 037
.
~
10
0 2
.
920 9 18
0 2
25
.
86 6
34 ) (
~
0 8
.
一
.
4 7
0 039
,
,
得 出一 阶 固有 频 率符合 产
品 要 求的 结 论
找 出 了悬里 支 架应 力 集 中 区 域
, 。
。
采 用 拓 扑 优 化 方 法 对 悬 1 支架 进 行 了优 化 研
,
分 析研 究 表 明
有 限 元 仿 真 可 以 找 出 模 型 存在 的 问 题
;
拓扑 优化 可 以 为 模 型 的 概 念设 计
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提供 一 定 的 参考
关 键词
:
愚里 支 架 ; 有限 元
优化
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对汽车
NV H
性 能有 重 要影 响
本 文对 该 悬 置 支架 进 行 了 有 限 元
为 悬 置 支架 的进 一 步设计 提供 了参 考
1
有 限元建模
在
CA D
软件 中建 立 几 何模 型 后 导 入 有 限 元 软 件 进 行 网 格 划 分
。
。
导 人 时会 出现 缝 隙
,
、
重
叠 和 错位 等缺 陷
形 成适 合 网 格划分的简化 几
何模 型
。
支架 有 限元模 型 情 况 如 表
1
所示
。
衰1
单元 尺 寸
Z
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支架 有限 元 模型 鑫 本属 性
们口况 A4
18 4 0 2 3 0 NU
.
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58 0
11 7
.
8 0 2 2
5
332 4
7
37 19 0
.
汽 车在行驶过 程 中 常 见的工 况有平稳行驶
理 如下
:
,
、
制动
、
起跳 等
,
。
悬 置 支架 的约束 与加 载处
支架与减 速器 的配 合 是通 过两 个方向的螺 栓连 接 固定 的 所 以 约束 了这 四个 螺栓 孔 的圆 柱 面的所 有 自由度 支 架 的 主要 受力 工 况 及 数值 (根 据 实 际 测 试 得 到 ) 和 计 算 结 果 如 表 3