重型特种车底盘摆臂支架拓扑优化设计研究

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1、2016-03-2517:57:10汽车工程学报2016年1期杨献学++张庆++夏闽++邓克军++李陆浩图I重型特种车底盘车桥装配图表1摆臂支架在不同工况下的」工况餃点Fv/NF./No*上-626-43748-2944满载下前84527428-57848下后4842437215170上29456-44756-2325制动下前-3487298352-53107下后-29324-5908222080上-796-110000-71942.5倍超載下前385668139一146000下后14516242638726注：汽车向询方向为

2、Z方向，从右向左方向为+V方向，从下往上方向为，2.1拓扑优化方法结构拓扑优化的基本思想是将F求结构的最优拓扑"■］题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题结构拓扑优化理论经过多年发展，已经在机械行业尤其是汽车工业中得到了应用，使式中:设计师在结构设计中不再局限于被动地对给定结构q为］方案进行分析校核，而是主动地在结构分析的基础度FI上寻找最优结构。目前比较成熟的方法有：均匀法、数的变密度法以及渐进结构优化法等®1HyperWorks软件的OptiStruct拓扑优化的材料的材模式采用密度法（SIMP方法），即将有限元

3、模型第/的设计空间每个单元的“单元密度”作为设计变量，Pa；<该单元密度同结构的材料参数有关，0〜1之间连量M续取值，优化求解后单元密度为1表示该单元处的图3摆臂支架拓扑优化有限元模型(a)(b)图6摆臂支架拓扑优化结果摘要：针对重型特种乍摆臂支架，通过建立整乍多体动力学模型，计算得到了摆臂支架在车辆满载、紧急制动和超载工况下的受力。采用变密度法对摆臂支架展开了以结构加权应变能(weightedcompliance)最小为优化目标，结构位移、体积分数、应力和拔模方向为约束条件的结构拓扑优化设计，并对优化后的摆臂支架进行多工况条

4、件下的强度计算。结果表明，在结构静强度满足设计耍求的同时，优化后摆臂支架的质量降低了20.6%,同时实现了摆臂支架结构一体化铸造加工的□标。关键词：特种车：摆臂支架；拓扑优化；有限元分析屮图分类号：［TJ812+.6］文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2016.01.05Abstract：Basedontheestablishedmultibodydynamicsmodelofaheavyvehicle,theloadsappliedontheswingingarmbracke

5、twerecalculatedunderfull-load,brakingandoverloadconditions.Then,researchontopologyoptimizationdesignofswingingarmbracketwasconducted,regardingtheminimumweightedcomplianeeasoptimizationobjectiveandthestructuraldisplacement,volumefraction,stressandmachiningtechnologya

6、sconstraints・Furthermore,thestressesofthebracketunderdifferentloadingconditionswerealsocalculatedinordertoverifythestructuralstrength.Theanalysisresultsshowthattheoptimizedswingingbracketnotonlysatisfiesthestructuralstrengthrequirement,butalsorealizesthegoalofmolten

7、manufactureoftheswingingarmbracket,withthebenefitof20.6%weightloss・Keywords：heavylaunchvehicle；swingingarmbracket；topologyoptimization；finiteelementanalysis摆骨支架是重型特种车底盘的重要结构件，起到连接车轮总成与车架纵梁的作用。一方面，车辆的所有负载都将克接通过摆臂支架传递给车轮，实现车轮对整个车辆的承载。同时，车轮在不平路面激励和制动工况下所承受的载荷也将通过摆臂支架传递

8、给车架纵梁。因此，摆臂支架是重熨特种车底盘重要的承力结构件，载荷环境十分恶劣，其结构设计的优劣将影响底盘结构整体的可靠性和安全性。本文研究的底盘摆臂支架原结构采用多片钢板焊接工艺，焊接完成的摆臂支架结构安装到车架后往往还需要对摆臂销孔等进行二次机加工，既降低了底盘装配效率，也