概述：

對于方程式賽車來說，輕量化程度對于其比賽成績的提高具有極其重要的意義。本篇文章主要使用Altair Inspire對于方程式賽車的懸架吊耳進行結構仿真并通過多次迭代拓撲優化的方式對其進行輕量化處理。由最終優化之后的仿真數據可看出在保證其結構穩定的情況下吊耳經過優化后重量降低了39.77%，在一定程度上實現了輕量化的目標。

 

工況說明：

根據今年車隊賽車車重以及懸架設計，設定吊耳的安全載荷約為588N，同時吊耳以螺栓連接的方式固定在車身上，在仿真中可將吊耳與車身的連接以及所受載荷簡化為螺栓連接以及作用于孔的分布力。同時參考懸架的設計通過計算可得力的方向與豎直方向夾角為15°斜向下。

 

設計過程：

  首先根據賽車懸架以及車身的工況確定吊耳的尺寸以及孔位，并在catia上完成吊耳的初代模型的構建，如圖1所示。需要注意的是由于是初代模型所以此時可以稍微將模型的體積設置得大一點。

圖1 吊耳初代模型

  之后將初代模型導入inspire當中，在分割好區域以及設置好工況之后進行第一次的結構仿真，第一次結構仿真結果如圖2。

圖2 第一次仿真結果

  然后便進行第一次拓撲優化，由于我們只打算進行2次迭代優化，所以需要盡可能地提高優化效率，故在設置厚度約束時我們的最小厚度從1mm開始設置，每次增長1mm直到不再出現運行將超過15min的提示，此時我們設置的最小厚度為5mm，同時相應的最大厚度約束為15mm，同時優化目標選擇最大化剛度，如圖3所示。

圖3 優化參數設置

  在拓撲優化計算完成之后得到了第一代優化結果，如圖4所示。以此結果為參考在inspire中構建第一代優化模型如圖5所示。需要指出的是可以利用模型的對稱性簡化該建模過程。

圖4 初代模型優化結果

圖5 第一代優化模型

  對第一代優化模型進行仿真以及結構優化，由于此次優化的主要目的在于對模型細節部分的構建，故此次優化目標優先選用選擇最小質量。仿真及優化結果分別如圖6，圖7所示。

圖6 第一代優化模型仿真結果

圖7 第二次優化結果

  將第一次優化模型導入catia，在第一次優化模型的基礎上參考第二次優化結果并考慮加工難度構建模型如圖8所示，對最終模型進行結構仿真得到仿真結果如圖9所示，將仿真結果與初代模型的仿真結果對比可以發現在保證吊耳結構穩定及力學性能足夠的情況下，經過2次的迭代優化其質量由0.295kg降到了0.117kg，達到了結構輕量化的目的。

圖8 最終吊耳模型

圖9 最終模型仿真結果

總結：

  本次對賽車懸架吊耳的優化達到了輕量化的目的，同時由于使用的Altair Inspire軟件將結構仿真與拓撲優化無縫連接的特點使此次優化時間得到了極大的縮短。通過此次優化可以反應出Inspire的易上手，優化速度快等特點，同時其誤差也在可接受范圍之內。