15_基于optistruct的商用车轮毂拓扑优化设计

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1、Altair2013技术大会论文集基于OptiStruct的商用车轮毂拓扑优化设计OptimizationdesignofcommercialvehiclewheelhubtopologybasedonOptiStruct12高银峰周德红（1上汽商用车有限公司技术中心上海2004382上汽依维柯红岩商用车有限公司零部件事业部重庆400900）摘要：本文介绍使用OptiStruct软件，对上汽依维柯红岩商用车有限公司大扭矩单级减速驱动桥脂润滑轮毂改油润滑轮毂设计方案进行有限元拓扑优化分析，依据拓扑优化结果在CATIA软件环境重构轮毂3D模型

2、，并进行优化前后轮毂在三种典型工况下的对比分析，确定了拓扑优化方案的可行性。整个优化设计过程中实现了对产品安全性不妥协情况下的减重，拓扑优化后比优化前减重1.5kg，最终比原脂润滑轮毂减重3.6kg，且轮毂应力分布更趋于均匀，材料利用率更高，外观新颖。因此，在产品设计阶段灵活运用OptiStruct软件提供的拓扑结构优化技术在追求轻量化设计和自主创新的今天具有非常重要的意义。关键词：OptiStruct轮毂拓扑优化有限元分析Abstract：ThispaperdescribestheuseofOptiStructfortopologyop

3、timizationofoillubricated,hightorque,single-stagereductiondriveaxleofSAIC-IvecoHongyanCommercialVehicleCo.,Ltd.Basedonthetopologyoptimizationresults,ahubCABmodelwasrebuiltinCATIA,andthenewdesignwasanalyzedunderthreeload-casestoconfirmtheviabilityofthedesign.Theweightwasre

4、ducedby1.5kgcomparedtotheoriginalgreaselubricateddesign3.6kg,whilethesafetywasnotcompromised.Thedistributionofstressbecamemoreuniform.Thematerialutilizationandappearanceisimproved.ThereisanimportantsignificancetouseOptiStructfortopologyoptimizationinproductweightreduction

5、.Keywords：OptiStruct，wheelhub，topologyoptimization，finiteelementanalysis1概述拓扑优化技术是结构优化技术中有前景，具有创新性的技术，是指在给定的设计空间内找到最佳的材料分布和传力路径，从而在满足各种性能的条件下得到性能最优的设计。产品结构的拓扑构形选择恰当与否，决定了产品设计的主要性能，所以在复杂结构的选型和轻量化设计中，拓扑优化是其它结构优化如形状和尺寸优化的基础，是产品正向设计和功能设计的关键技术之一。因此，结构拓扑优化技术已被广泛应用于建筑、机械、航空航天、汽车

6、、海洋工程及船舶制造等领域。在现代汽车工业中，在安全性不妥协的情况下对产品减重和缩短开发周期是两个突出的问题。汽车轻量化设计开始占据了汽车发展的主要地位，它既可以提高车辆的动力性、降低成本，又能降低能源消耗、减少污染。然而，简单的汽车轻量化设计却是一把双刃剑，它在减轻汽车重量的同时，-1-Altair2013技术大会论文集也牺牲了车辆的强度和刚度，甚至对产品的使用寿命也会产生影响。在此情况下，经过近几年的实践证明，Altair公司的有限元分析技术以及优化技术在汽车行业获得了非常成功的应用，尤其是对于一些结构复杂的汽车零部件，OptiStr

7、uct软件的拓扑优化技术和形状优化技术使产品材料的潜能和铸造的优势得到了充分的发挥。据相关资料显示，阿文美驰客车桥与国内某车桥的轮毂相比每个轻5公斤,每年可节约油费370元。本文以上汽依维柯红岩商用车有限公司大扭矩单级减速驱动桥新设计的油润滑轮毂为例，采用有限元模拟的方法对轮毂进行拓扑优化设计，并依据最终的拓扑优化结果建立了新轮毂3D几何模型和有限元分析模型，对此模型进行了静态力学分析，验证了拓扑优化结果的准确性和可靠性。2轮毂拓扑优化有限元分析-93该轮毂为QT450-10材料铸件，密度为7.06×10t/mm，取杨氏弹性模量为1690

8、00MPa，泊松比为0.257，产生0.2%塑性应变时的条件屈服强度为310MPa，抗拉强度为450MPa。进行强度校核时采用材料的条件屈服强度计算安全系数。本文采用HyperWorks11.