發(fā)動(dòng)機(jī)后吊鉤主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)吊裝過程中，是一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)件。常見的吊鉤結(jié)構(gòu)為：底部有與缸蓋螺栓連接的螺栓孔，頂部有與鏈條鉤頭相連的吊耳，中間有固定其他附件支架的安裝孔。吊鉤在工作過程中，既要滿足強(qiáng)度要求，不能發(fā)生破壞，同時(shí)也要滿足剛度要求，不能發(fā)生大變形，否則固定在吊鉤上的其他零件就可能產(chǎn)生實(shí)效風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)后吊鉤的設(shè)計(jì)，通常采用借用已經(jīng)投產(chǎn)機(jī)型的零件，并根據(jù)現(xiàn)有機(jī)型的空間布置和零件受力情況進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)的方法。這種傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法受到設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)的限制，一般情況下會(huì)盲目的增大零件尺寸，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)往往并不是最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

本文以JMC某發(fā)動(dòng)機(jī)后吊鉤為例，則借助于CAE軟件——solidThinking Inspire，通過建立拓?fù)鋬?yōu)化基本模型、定義優(yōu)化空間、施加邊界條件和載荷條件、選擇合適的控制目標(biāo)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，軟件優(yōu)化出的結(jié)構(gòu)往往并不是最終結(jié)構(gòu)，只提供概念設(shè)計(jì)思路，還需要考慮結(jié)構(gòu)形狀，加工工藝等因素進(jìn)行合適的CAD后處理。這種方法不受設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的限制，能夠在不知道結(jié)構(gòu)拓?fù)湫螤畹那疤嵯拢鶕?jù)已知邊界條件和載荷條件確定比較合理的結(jié)構(gòu)形式，CAD后處理時(shí)可以短時(shí)間內(nèi)做出多種方案，進(jìn)而選擇出最優(yōu)方案。

本文最后還把通過軟件優(yōu)化出的結(jié)果與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)后吊鉤的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.1

定義設(shè)計(jì)空間及非設(shè)計(jì)空間

根據(jù)實(shí)際機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)空間布置，建立用于拓?fù)鋬?yōu)化的基本模型（如圖1所示）。

圖1 定義設(shè)計(jì)空間與非設(shè)計(jì)空間

模型中灰色部位定義為非設(shè)計(jì)空間，在優(yōu)化過程中不發(fā)生改變；棕色部位定義為設(shè)計(jì)空間，通過優(yōu)化計(jì)算，挖掉設(shè)計(jì)空間中多余部分，所剩部分所構(gòu)成的形狀則被認(rèn)為是拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果。右鍵點(diǎn)擊設(shè)計(jì)空間對(duì)其賦予材料屬性，由于是概念設(shè)計(jì)階段，solidThinking Inspire軟件材料庫中只有簡單幾種典型材料可供選擇，我們選擇軟件默認(rèn)的的Steel(AISI 304)。

1.2

添加邊界條件和載荷條件

考慮到工程實(shí)際應(yīng)用，我們還要對(duì)已經(jīng)賦予了材料屬性的模型添加真實(shí)的邊界條件和載荷條件，這樣solidThinking Inspire優(yōu)化出來的結(jié)構(gòu)才能滿足實(shí)際工作需要。

如圖2所示，根據(jù)實(shí)際工況在后吊鉤底部兩個(gè)螺栓孔處添加支撐約束,在吊耳處添加（X，Y，Z）三個(gè)方向的載荷約束（-474N，357N，950N）。

圖2 后吊鉤的支撐約束和載荷約束

1.3

定義優(yōu)化目標(biāo)

為了獲得剛度最大的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，在solidThinking Inspire中定義質(zhì)量目標(biāo)為設(shè)計(jì)空間的35%，頻率目標(biāo)為最大頻率，最小厚度控制為0.5mm。

定義好上述各項(xiàng)后，點(diǎn)擊運(yùn)行，solidThinking Inspire會(huì)自動(dòng)檢查以確保模型是否準(zhǔn)備好，邊界條件和載荷條件是否存在，如果檢查無誤，系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

圖3 設(shè)定優(yōu)化目標(biāo)

1.4

CAD后處理

優(yōu)化計(jì)算完成后可以得到如圖4所示的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)并不是最終的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，考慮到結(jié)構(gòu)形狀，加工工藝等因素，對(duì)solidThinking Inspire優(yōu)化的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多種方案CAD后處理，選出最優(yōu)方案（如圖5所示）。

圖4 CAE軟件優(yōu)化結(jié)果

圖5 CAD后處理結(jié)果

2 優(yōu)化結(jié)果分析驗(yàn)證

設(shè)計(jì)工程師采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，借用已經(jīng)投產(chǎn)機(jī)型的零件并進(jìn)行改進(jìn)，提出了如圖6所示的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)初看貌似比我們用solidThinking Inspire優(yōu)化的結(jié)構(gòu)更簡單合理。下面我們用CAE軟件對(duì)這2種結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析（分析重點(diǎn)是吊鉤在工作過程中的最大變形，以減小吊鉤大變形對(duì)固定在其上的其他零件的影響），分析結(jié)果如圖7所示。

圖6 設(shè)計(jì)工程師提出的結(jié)構(gòu)

圖7 兩張?jiān)O(shè)計(jì)方案剛度對(duì)比

從圖7可以看出，雖然Case1初看貌似比Case2結(jié)構(gòu)更簡單合理，且重量少0.01Kg，但其剛度遠(yuǎn)低于Case2，利用solidThinking Inspire優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)可以有效減小最大位移74%。

3 結(jié)論

與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法相比，利用CAE軟件——solidThinking Inspire優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法不受設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的限制，在優(yōu)化設(shè)計(jì)中考慮了真實(shí)邊界條件和載荷條件，優(yōu)化后的結(jié)果既能滿足零件的功能性需要，又能滿足零件的可靠性需求。在汽車零部件產(chǎn)品開發(fā)過程中，應(yīng)盡可能多的引入產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，這樣才能極大地節(jié)省產(chǎn)品開發(fā)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

來源：東?？萍?/p>