基于Altair inspire的一種汽車(chē)踏板結(jié)構(gòu)優(yōu)化

                                                                   作者：王成諾、劉鵬、高媛媛

摘要：拓?fù)鋬?yōu)化是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。本次優(yōu)化將貨車(chē)前部腳踏板受力情況簡(jiǎn)化成了前支點(diǎn)處受力的情況，并對(duì)其連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，分析了腳踏板在前部位置承受載荷的工況下連接結(jié)構(gòu)的受力情況，采用結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)的方法對(duì)貨車(chē)前部腳踏板連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析，在保證一定剛度的情況下獲得優(yōu)化的腳踏板連接結(jié)構(gòu)，減輕了腳踏板的重量，增加了腳踏板的剛度。并對(duì)優(yōu)化后的腳踏板進(jìn)行驗(yàn)證分析, 結(jié)果表明該設(shè)計(jì)方法能有效減輕腳踏板的重量，有效的增大腳踏板的剛度，進(jìn)而減輕汽車(chē)整體重量，提高承重能力，從而提高燃油性能。

1.1分析模型的建立

首先根據(jù)實(shí)際情況利用Altair inspire軟件建立了三維模型，施加載荷，如圖 1 所示。然后將其進(jìn)行受力分析，對(duì)整個(gè)踏板以及連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化分析。

 

圖 1

1.2 模型的優(yōu)化

優(yōu)化模型材料，密度，彈性模量，泊松比，屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度圖 2 所示。在有限元分析軟件中將該模型分為兩步，進(jìn)行受力分析，第一步對(duì)該模型中間位置承受載荷的情況下進(jìn)行受力分析，如圖 3 所示。第二步對(duì)該模型旁邊位置承受10000pa載荷的情況下進(jìn)行受力分析。

 

圖 2

 

圖3

設(shè)計(jì)變量：在拓?fù)鋬?yōu)化中，設(shè)計(jì)區(qū)域中單元?jiǎng)偠仁窃O(shè)計(jì)變量。目標(biāo)函數(shù)：體積變化會(huì)影響連接結(jié)構(gòu)的剛度，在優(yōu)化過(guò)程中要保持結(jié)構(gòu)剛度最大，在此分析中使柔度最小以達(dá)到剛度最大的目的。約束條件：保留其體積的30％，使其最大成員尺寸為12.357mm，最小成員尺寸為6.1785mm， 并且在優(yōu)化的過(guò)程中使其全局應(yīng)力不超過(guò)350MPa。綜合以上三要素，得到如下優(yōu)化模型：

 

 

 

1.3 結(jié)論

對(duì)貨車(chē)尾部腳踏板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，在拓?fù)鋬?yōu)化分析程序中對(duì)腳踏板結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析，獲得最優(yōu)化的腳踏板鏈接結(jié)構(gòu)。最后對(duì)優(yōu)化后的腳踏板進(jìn)行驗(yàn)證分析結(jié)果表明優(yōu)化后的腳踏板連接結(jié)構(gòu)合理，質(zhì)量更輕，剛度更大，節(jié)約了原材料的使用，降低設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期和經(jīng)濟(jì)成本，為后期對(duì)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化在汽車(chē)生產(chǎn)制造中的進(jìn)一步應(yīng)用提供了一定的理論支持。