基于拓扑优化技术的空气悬架推力杆支架设计

2.1 定义初始设计区域和有限元模型
    原始的推力杆支架结构如图4 所示，是一个铸造件，考虑到与推力杆相连的部分不可以改变以及和车架连接部分不能更改，选定设计域如图5 所示四面体单元进行离散，共得到102065 个节点，64645 个单元。所选定设计区域及建立的优化模型如图6 所示。白色区
域为非设计域，灰色区域为可以进行拓扑优化的设计域。

图4 支架UG 模型

图5 支架拓扑优化模型

2.2 定义拓扑优化计算过程
    拓扑优化过程包括定义需要拓扑优化的设计变量、定义优化响应变量和约束、定义目标函数、定义控制参数和进行拓扑优化5部分。（3）拓扑优化结果
    按照以上建立的拓扑优化模型，以结构的变形能最小为目标函数，材料体积的约束为分45%，并加入拔模方向约束，以优化每个单元的密度为设计变量进行拓扑优化计算。优化结构的材料密度云图如图6所示。

图6 拓扑优化计算结果

图7 支架改进模型

    根据拓扑优化结果设计的支架模型如图7 所示，对两种方案进行有限元计算。计算结果对比如图8 。

图8 原方案应力分布

图9 新方案应力分布

3 结论
    根据以上汽车支架优化结果可知：
    优化准则法可以有效的求解变密度模型，构拓扑优化结果与载荷的大小无关，它只是寻找一个最佳的传力路经；从拓扑结构优化所得的方案看，基于拓扑优化方法得到的结构优化方案是合理的受力承载结构，应力没有增大的基础上，减重5.7kg(10%) 即拓扑优化是一种有效的设计方法，它能够为工程设计人员优化结构作为参考方案；由于目前所有的拓扑结构优化都是基于有限元平台，因此该有限元模型的建立对结构优化非常重要。在结构优化过程要提高优化的鲁棒性。OptiStruct软件可以有效的实现车辆零部件的拓扑优化设计。