汽车真空泵支架结构拓扑优化设计

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1、机械设计与制造第8期186MachineryDesign&Manufacture2015年8月汽车真空泵支架结构拓扑优化设计杨宁，薛慧鹏，田海洋，郑伟刚(贵州大学机械工程学院，贵州贵阳550025)摘要：针对企业现生产汽车真空泵支架需轻量化的技术要求，对支架进行有限元分析，得知支架的强度和刚度远满足其使用要求，材料利用率过低。在满足支架模态要求的情况下，结合轻量化设计原则，以整体柔度最小为目标，支架脱模方向和体积分数上线为约束，运用HyperWorks中的OptiStruct模块对支架进行结构拓扑优化设计。依据分析结果，结合支架的加工工艺提出结构改进方案，使其质量减

2、少了16．3％，并对其进行验证对比，设计出了合理的支架结构，提高了材料利用率。关键词：真空泵支架；拓扑优化；轻量化；HyperWorks中图分类号：TH16；TH122；TH164文献标识码：A文章编号：1001—3997(2015)08—0186—03TheStructuralTopologyOptimizationandDesignofAutomotiveVacuumPumpBracketYANGNing，XUEHui—peng，TIANHai-yang，ZHENGWei-gang(CollegeofMechanicalEngineering，GuizhouUn

3、iversity，GuizhouGuiyang550025，China)Abstract：Supportstothelightweighttechnologyrequirementsofenterpriseproductionautomotivevacuumpumpbracket，takesafiniteelementanalysisonthebracket．Theresuhshowsthestrengthandrigidityofthebracketissufficienttomeettheirrequirements，andmaterialutilization

4、istoolow．Inthecaseofmodalitmeetstherequirementsofthestent，onthetargetofminimizingtheoverallflexibility，standingpartingdirectionanduplineofvolumefraction珊constraint，combininglightweightdesignprinciple，usingthe‘OptiStruct’moduleofHyperWorkstomaketopologyoptimizationofstentdesign．Basedont

5、heanalysisresults，combinedwiththeprocessingcimprovementprogramitreducesthequalityof16-3％，andhasacomparativevalidation，obtainsarationalstructure，andimprovestheutilizationofthemateria1．KeyWords：VacuumPumpBracket；TopologyOptimization；Lightweight；HyperWorkslJ了I商2原支架有限元分析随着能源紧缺及二氧化碳排放问题的日益加

6、重，汽车轻量2．1动态分析化技术越来越被人们所重视。研究表明，汽车自重每减少10％，燃真空泵支架质量约为1．71kg，通过正面的三个螺纹孔连接到油效率可提高(6～8)％，排放降低(5～6)％Ⅲ。可见汽车轻量化技术发动机的右悬置支架，通过背面四个安装孔承载着真空泵的重力，同时，支架整体受到惯『生载荷的作用。通过有限元分析软件对支架是节能减排的重要手段冈。汽车的轻量化，可以节省大量材料，降进行动态分析，得到支架的应力和变形隋况，如图1、图2所示。低生产成本。真空泵支架对真空泵起着重要的支撑作用，安装在发动机的右悬置支架上，真空泵在汽车行驶过程中起着刹车助力的作用，所以真

7、空泵支架的性能对于汽车的安全性和稳定性起着至关重要的作用。本课题针对贵阳广航铸造厂现生产支架需轻量化的技术要求，运用基于变密度法的结构拓扑优化方法对支架进行轻量化设计，运用有限元分析软件HyperWorks中的OptiStruct模块，实现了对原支架的拓扑优化，得到的新结构满足汽车的使用图1应力云图要求。Fig．1StressContours来稿日期：2015一O1—17基金项目：贵州省科技厅贵州大学联合基金项目(黔科合LH字[20147622])作者简介：杨宁，(1973一)，男，江苏江宁人，硕士研究生，副教授，主要研究方向：CAD／CAE计算机辅助创新设计；