基于伪密度法的汽车悬架摆臂拓扑优化(3)

人气指数:点发布时间:2014-11-25 09:05 来源：http://www.zgqkk.com 作者：孙旭

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　　②定义目标函数

　　本文的目的是结构零部件的轻量化设计，因此在Optimization的子面板Objective中，将体积响应定义为目标函数，指定其为最小。

　　③定义设计约束

　　在Optimization的子面板Dconstraints中，对每个子工况，将对已定义的合位移响应加一个上限约束；在Optimization的子面板下的Stress Constraint中定义应力约束。

　　④给定迭代约束条件

　　Hyperworks软件可以通过定义最大迭代次数控制迭代过程，也可以通过定义收敛公差，自动进行多次迭代，直到满足优化参数中所规定的收敛公差。本文中用的是定义收敛公差，让其自动进行多次迭代的方法，通过指定最大迭代次数收敛公差来控制迭代过程。

　　（3）进行拓扑优化。

　　如果优化计算收敛，就可以得到上摆臂的拓扑优化结果。

　　2.3 拓扑优化结果分析

　　Hypermesh的后处理功能为拓扑优化的结果分析和结果转化提供了多种方式，以下通过查看密度等值面图进行分析。

　　本文采用的伪密度法是在承认实际材料密度不变的情况下，引入一种假想的密度可变材料，将连续结构体离散为有限元模型后，首先指定结构中的每个有限单元的密度相同，再以每个单元的相对密度为设计变量[2]，通过调整每个单元的相对密度值Xe来实现结构的增删，则有：

　　ρ=Xe*ρ0 （1）

　　式中：Xe为每个单元的相对密度，即单元密度阀值；ρ0为在设计域里的每个单元的固有密度；ρ为拓扑设计变量。

　　经过18步的迭代，结果收敛。Xe作为单元密度阀值，它决定了结构材料的除去量。经过多次调整Xe的值，认为Xe值为0.15时优化结果比较符合设计。在HyperView中，将单元密度阀值设置为0.15，得到的可设计区域内的最优化布局的密度等值面图，如图4所示。

　　图4 最优化布局密度等值面图

　　为将以上得到的优化布局结构图生成CAD模型，需返回HyperMesh窗口，在后处理Post 面板将第18步结果读入，并使用OSSmooth 命令将优化后的单元格光顺成IGES 曲面，单元密度阀值同样取0.15。参考输出的结果曲面，利用CAD 软件对控制臂模型进行参数化重建，重建的CAD 模型必须要经过CAE 分析方可冻结，关于CAE 分析，本文不再讨论。

　　基于以上拓扑优化结果，可以在不知道上摆臂结构拓扑形状的前提下，根据已知边界条件和载荷条件确定较合理的结构形式，它不涉及具体结构尺寸设计，但可以为设计人员提供全新的设计和最优的材料分布方案。

　　2.4 基于铸造工艺的上摆臂拓扑优化

　　对经过以上拓扑优化后的上摆臂结构，如果采用铸造方式制造，模具比较复杂，结构也不对称，难以实现。为了得到易于制造的结构，本文对于采用铸造工艺上摆臂，在拓扑优化过程中添加对称和脱模约束的条件来解决以上问题。

　　（1）考虑新增加的约束条件对模型的要求，使用的有限元模型与之前相比，单元划分更细，如图5所示，但设计目标、设计变量及已有的约束类型不变。

　　图5 添加制造约束的上摆臂有限元模型

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