76_某离合器分离轴承支架的拓扑优化设计_张立双

《76_某离合器分离轴承支架的拓扑优化设计_张立双》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、Altair2011HyperWorks技术大会论文集某离合器分离轴承支架的拓扑优化设计张立双夏丽华廖勇军柯君(中国长安汽车集团股份有限公司重庆青山变速器分公司技术中心重庆402761)摘要:本文主要阐述利用HyperWorks软件的OptiStruct模块对离合器分离轴承支架进行减重优化设计。经过拓扑优化，在保证支架满足制造加工工艺和强度要求的情况下，支架重量减少了16.7%，降低了产品成本。关键词:分离轴承支架，强度，拓扑优化，OptiStruct1概述汽车轻量化设计是汽车设计制造的发展方向。汽车零部件轻量化设计，不是简单的减轻重量，牺牲强度和刚度，而是在保证零部件结构、强度和

2、刚度满足要求的前提下减少其自身质量。通过仿真优化技术可以大大缩短设计周期，减少实验次数，同时在不牺牲零部件刚度的前提下，达到质量的最小化。本文通过OptiStruct软件的拓扑优化功能，对某离合器分离轴承支架进行减重优化分析。2有限元模型的建立2.1有限元模型运用HyperMesh提供的网格划分功能对离合器分离轴承支架进行2阶四面体十节点单元(TETRA10)划分，单元尺寸为2mm。网格划分后生成30719个四面体单元，53802个节点。根据实际工况，施加1200N的载荷在支架与分离轴承的接触部位；约束支架支撑部位的12356三个平动自由度、两个转动自由度，约束支架拉索部位的123

3、三个平动自由度。所建立的有限元模型如图1所示。-1-Altair2011HyperWorks技术大会论文集图1原状态支架有限元模型2.2材料参数离合器分离轴承支架材料为20钢，模型为均匀各向同性材料，其参数如下：弹性模量：E=2.06e+05Mpa；泊松比：µ=0.3；密度：ρ=7.9e-09t/mm3。3计算结果运用HyperWorks中Optistruct求解器进行静力计算分析，并直接调用HpyerView查看结果，应力云图见图2。与材料的屈服强度比较，该支架的静强度满足使用要求。为了减轻重量，节约成本，在保证性能的要求下，通过拓扑优化方法对支架进行结构优化。图2原状态支架应力

4、云图4拓扑优化设计4.1优化问题定义由于制造该结构的工艺为对板金件进行冲压，为了不改变其原始的制造工艺，且保证该支架在优化后也能够满足其使用功能。将支架分为设计区域和非设计区域，如图3所示。设计区域是可以进行结构优化的部分，非设计区域是不改变结构的区域。优化目标：质量最轻；优化约束：支架最大vonMises应力在170MPa以下；设计变量：设计空间单元密度。-2-Altair2011HyperWorks技术大会论文集图3优化设计示意图4.2优化结果经过20次迭代，OptiStruct成功完成该拓扑优化问题，优化后单元密度等值图见图4。图4优化后的单元密度等值图图5优化后支架的有限元

5、模型4.3拓扑优化后支架的静力分析根据拓扑优化结果及支架制造工艺的可实现性，在Hypermesh中对支架网格模型做了如下优化，见图5，并对优化后的支架进行了同样工况下的分析验证，分析结果见图6。-3-Altair2011HyperWorks技术大会论文集图6优化后支架的应力云图5结论比较拓扑优化前后的离合器分离轴承支架分析结果可知，优化后的支架最大vonMises应力比原状态略有升高，上升幅度为3.45％，但仍满足强度要求，而优化后的支架重量减轻16.7%。说明优化后的结构达到了轻量化的目的，同时满足设计要求，节约了成本。具体优化前后分析结果对比，见表1。表1优化前后离合器分离轴承

6、支架性能对比优化前优化后优化百分比重量(Kg)0.3560.305减轻16.7％最大vonMises应力(MPa)170.4176.5增加3.45％本文通过对离合器分离轴承支架的拓扑优化，在保证设计及制造要求的前提下达到了离合器分离轴承支架轻量化的目的，为改善结构性能、减轻产品质量探索了有效的途径。通过OptiStruct优化技术，特别是拓扑优化方法，可以在变速器概念设计阶段提供尽可能多的优化方案，从而为后期轻量化变速器的开发奠定基础。6参考文献[1]HyperWorksHelpDocuments.[2]李楚琳，张胜兰，冯樱等.HyperWorks分析应用实例[M].北京：机械工业

7、出版社，2008.-4-Altair2011HyperWorks技术大会论文集DesignofTopologyOptimizationontheClutchSeparateBearingBracketZhangLishuangXiaLihuaLiaoYongjunKeJunAbstract：ThepaperillustratestheapplicationofOptiStructinoptimizationdesignofclutchseparatebearingbr