基于Altair Inspire的右前下后擺臂的模型優化                                                            孫浩然、盧玉

1、概述

現如今，汽車對于人們的生活已經密不可分，對于人們的生活起著非常重要的作用，人們對汽車舒適性的要求也越來越高。汽車懸架作為汽車車身與輪胎之間的彈性連接組，能夠減小汽車行駛過程中由于彈性系統引起的振動，改善汽車的舒適性、操縱性以及行駛過程中的平順性，對于保證駕駛員與乘客乘坐舒適性至關重要。汽車懸架的擺臂是懸架系統中最終要的部件之一，主要起著導向和支撐車身的作用。汽車的前下后擺臂在汽車行駛過程中受到來地面的載荷沖擊以及汽轉向時的扭轉載荷，其變形會直接影響到車輪的定位。因此汽車前下后擺臂的結構好壞直接影響了汽車行駛過程中的穩定性、舒適性和安全性。本文選取汽車懸架系統的右前下后擺臂，基于Altair Inspire對其建立三維模型，對建立的模型進行強度分析、拓撲優化并進行幾何重構。

2、右前下后擺臂強度分析

2.1設置屬性參數

利用建立好的汽車懸架—右前下后擺臂模型，利用Altair Inspire軟件進行分析之前，需要先設置模型的材料參數中。本文進行汽車懸架—右前下后擺臂分析所選用的材料為Q235普通碳素鋼。其各項材料屬性圖表2.1所示。

                                         表2.1 Q235材料的屬性

材料類型	密度（kg/m3）	泊松比	彈性極限（MPa）	強度極限(MPa）
Q235	7.856′105	0.3	2.0′105	375

2.2強度分析

在制動工況中，右前下后擺臂所受到的載荷最大，其應力接近于屈服強度，最大值為285MPa，且發生了最大的變形位移為2.53mm。其安全系數為375/285=1.32。

3、右前下后擺臂拓撲優化設計

3.1拓撲優化模型

在對右前下后擺臂進行拓撲優化設計之前，要先對其建立適當的優化模型，本次優化采用1mm的四面體單元模型。前下后擺臂的兩端安裝位置所受載荷較大且比較復雜，因此進行拓撲優化設計時，把右前下后擺臂兩端安裝點部分區域制定為非設計空間，將安裝點附近以外的區域制定為設計空間。

3.2拓撲優化參數

添加載荷和約束：約束汽車右前下后擺臂前端安裝位置在X、Y、Z三個方向上的位移自由度并約束其X、Y方向上的旋轉約束。約束汽車右前下后擺臂后端安裝位置在X、Y、Z三個方向上的位移自由度并約束其Y、Z方向上的旋轉約束。隨后在汽車右前下后擺臂前段固定位置分別添加沿X、Y、Z軸方向的支撐力，在汽車右前下后擺臂后端固定位置分別添加沿X、Y、Z軸方向的支撐力；設定優化目標質量：為設計空間總體積的10%；設定優化目標頻率約束為：最小20Hz且施加最低10模式；設定優化厚度約束為：最小0.063771mm。經過Altair Inspire軟件計算分析，獲得拓撲優化結果。

3、右前下后擺臂的幾何重構

對上文進行的拓撲優化結果進行幾何重構，獲得最終的輕量化設計模型，與原模型對比結果如下圖3.1、3.2所示。

                                                              圖3.1 右前下后擺臂原模型

                                                      圖3.2 右前下后擺臂優化后模型