基于非線性負荷的汽車零部件輕量化優化設計

專題

基于非線性負荷的汽車零部件輕量化優化設計

目前，汽車行業對輕量化零部件的需求量十分巨大。實現汽車的輕量化有利于改善汽車的燃油經濟性，降低汽車行駛成本。對輕量化汽車零部件的優化包括對零部件結構的優化。常規的優化方法是基于零部件的剛度進行，這種方法簡單、直接，但是沒有考慮零部件的負荷，無法保證優化后零部件的耐久性。提出了一種基于非線性負荷的汽車零部件優化過程，該優化過程能夠在保證零部件性能的前提下實現輕量化。

以汽車副車架為例介紹基于非線性負荷的汽車零部件優化過程。優化時，首先建立副車架的有限元模型，并對其進行模態分析。根據模態分析結果，利用柔度方法得到副車架的柔性模型；之后，建立副車架的剛體動力學模型，并與之前得到的柔性模型結合，得到副車架的剛柔耦合模型；然后，確定副車架的非線性負荷曲線，并利用拓撲優化方法進行非線性負荷的加載路徑分析；最終生成一個輕量化的副車架概念模型，該副車架的概念模型具有最優的拓撲結構。采用Isight軟件對生成的副車架概念模型進行厚度和形狀的進一步優化。

為驗證該優化方法得到的輕量化副車架的性能，對進一步優化后的副車架概念模型進行疲勞壽命分析，確定其耐久性。分析結果表明，使用基于非線性負荷的輕量化優化方法可以減輕零部件質量20%，同時還滿足耐久性要求。

Subash Sudalaimuthu et al. SAE 2016-01-1391.

編譯：李臣