基于ANSYS的发动机橡胶悬置的拓扑优化.pdf

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1、·信息技术·秦洪艳，等·基于ANSYS的发动机橡胶悬置的拓扑优化基于ANSYS的发动机橡胶悬置的拓扑优化秦洪艳，王志斌(三江学院机械工程学院，江苏南京210012)摘要：利用ANSYS软件对发动机橡胶悬置的结构进行了拓扑优化。针对某型发动机对悬置刚度的要求，建立了优化数学模型，并通过选择算法参数，最终得到了满足三向刚度要求的悬置几何参数。关键词：橡胶悬置；非线性有限元；拓扑优化中图分类号：U464；TP391文献标志码：A文章编号：1671-5276(2011)06-0154-03TopologicalOpti

2、mizationofEngineRubberCushionBasedonANSYSQINHong—yan，WANGZhi—bin(DepartmentofMechanicalEngineering，SanjiangUniversity，Nanjing210012，China)Abstract：ThispaperusesANSYStocarryoutthetopologyoptimizationofenginerubbercushion．Inordertomeetthestifnessre—quirementof

3、someenginemount．itestablishestheoptimizationmalhmodelandcalculatesthecushionmaterialgeometwparametersbyappropriatearithmetic．Keywords：rubbercushion；nonlinearfiniteelementanalysis；topologyoptimization比是1．35，橡胶硬度H=60。工作时压缩量≤5％，求满足0引言刚度要求的橡胶悬置结构，要求静刚度误差≤10％。表1悬

4、置动刚度N／mm目前，国内大多数汽车生产厂家使用的橡胶悬置大都沿袭原有的结构。当悬置的刚度不能满足新车型性能要求时，一般采用试凑法，简单地改变悬置不同方向的尺寸。这种方法有很大的弊端：一方面，这个过程会浪费大量的如果悬置的安装空间已经确定，就不能通过改变悬置时间和材料；另一方面，简单地改变悬置的尺寸往往不能的外形尺寸来满足三向刚度的要求(即L，B，H的值确同时满足其各个方向的刚度要求。定)。这种情况下，可以对橡胶悬置进行拓扑优化，通过为了解决上面的问题，本文介绍一种利用ANSYS对在其内部设计孔洞改变不同方向的

5、刚度，从而使整体满足发动机橡胶悬置进行拓扑优化(近似优化)的方法，拓扑三向刚度的要求。优化用于安装空间尺寸不可改变的情况，通过在悬置内部设计孔洞的方法来满足三向刚度的要求。2利用ANSYS进行拓扑优化的步骤利用ANSYS进行拓扑优化，其目标函数、状态变量和设计变量都是预定义好的。用户只需要给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等)和需要省去的材料百分比。例如，给定V=60表示在给定载荷并满足最大刚度准则要求的情况下省去60％的材料。图2表示满足约束和(a)某型发动机前悬置(b)悬置简化图载荷要求的拓扑优化结果。图

6、2(a)表示载荷和边界条图1车用橡胶悬置减振块示意图件，图2(b)表示以密度云图形式绘制的拓扑结果。拓扑优化包括以下主要步骤：1)定义拓扑优化问题：1问题描述定义拓扑优化问题同定义其他线性，弹性结构问题做法一样。用户需要定义材料特性(杨氏模量和泊松比)，如图1所示的某型发动机的前悬置，根据悬置的安装选择合适的单元类型生成有限元模型，施加载荷和边界条空间，要求悬置的长宽高分别为70Inn，50mill，50mm。件做单载荷步或多载荷步分析。对其进行拓扑优化，使其三向刚度满足表1的要求，动静2)选择单元类型：作者简

7、介：紊洪艳(1981一)，女，山东潍坊人，中国农业大学硕士研究生，主要从事汽车服务工程方面的研究。．154．http：／／ZZHD．chinaj0urna1．net．cnE-mail：ZZHD@chainajourna1．net．cn《机械制造与自动化》·信息技术·秦洪艳，等·基于ANSYS的发动机橡胶悬置的拓扑优化ET．1．SOLID95MP，EX，1，5．04MP，PRXY，1，O．3BL0CK，0，70，5O，0，5O，ESIZE，5，0，MSHAPE．0．3D载荷(b)拓扑优化结果6OMSHKEY．1V

8、MESH．ALL图2体积减少60％的拓扑优化示例NSEL，S，LOC，Z，50CP，1，UZ，ALL拓扑优化功能可以使用二维平面单元，三维块单元和GET，NCEN，NODE，，NUM，MIN壳单元。要使用这个功能，模型中只能有下列单元类型：ALI5EL．ALL二维实体单元：SOLID2和SOLID82；FINISH／S0L三维实体单元：SOLID92和SOLID95；NSEL，S，LO