基于非线性负荷的汽车零部件轻量化优化设计

专题

基于非线性负荷的汽车零部件轻量化优化设计

目前，汽车行业对轻量化零部件的需求量十分巨大。实现汽车的轻量化有利于改善汽车的燃油经济性，降低汽车行驶成本。对轻量化汽车零部件的优化包括对零部件结构的优化。常规的优化方法是基于零部件的刚度进行，这种方法简单、直接，但是没有考虑零部件的负荷，无法保证优化后零部件的耐久性。提出了一种基于非线性负荷的汽车零部件优化过程，该优化过程能够在保证零部件性能的前提下实现轻量化。

以汽车副车架为例介绍基于非线性负荷的汽车零部件优化过程。优化时，首先建立副车架的有限元模型，并对其进行模态分析。根据模态分析结果，利用柔度方法得到副车架的柔性模型；之后，建立副车架的刚体动力学模型，并与之前得到的柔性模型结合，得到副车架的刚柔耦合模型；然后，确定副车架的非线性负荷曲线，并利用拓扑优化方法进行非线性负荷的加载路径分析；最终生成一个轻量化的副车架概念模型，该副车架的概念模型具有最优的拓扑结构。采用Isight软件对生成的副车架概念模型进行厚度和形状的进一步优化。

为验证该优化方法得到的轻量化副车架的性能，对进一步优化后的副车架概念模型进行疲劳寿命分析，确定其耐久性。分析结果表明，使用基于非线性负荷的轻量化优化方法可以减轻零部件质量20%，同时还满足耐久性要求。

Subash Sudalaimuthu et al. SAE 2016-01-1391.

编译：李臣