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制動鉗的輕量化設(shè)計

研究了制動鉗的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。通過現(xiàn)有的制動鉗優(yōu)化設(shè)計了一個新的制動鉗，并已經(jīng)得到了組件的優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局。采用多目標規(guī)劃和拓撲優(yōu)化方法進行優(yōu)化。開發(fā)并驗證了基于制動鉗梁單元的有限元模型。通過使用已建立的模型完成了多目標優(yōu)化，最小化了制動鉗的總質(zhì)量和一些關(guān)鍵位置的變形。設(shè)計的參數(shù)變量與制動鉗形狀和梁單元橫截面積有關(guān)。獲得的最優(yōu)解具有制動鉗形狀不對稱的特征。對制動鉗當前使用的已優(yōu)化的對稱形狀與不對稱形狀在性能方面進行比較。通過進行結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化分析了制動鉗的最優(yōu)形狀。使用密度懲罰函數(shù)插值法（SIMP）解決了最小柔量優(yōu)化問題，最優(yōu)解通過應(yīng)用在簡化模型（梁單元）下的多目標優(yōu)化與已獲得解相比較。

在最小總質(zhì)量和剛度最大化方面優(yōu)化制動鉗。制動鉗構(gòu)成車輛非簧載總質(zhì)量的相關(guān)部分，所以減輕其質(zhì)量的重要性很明顯。另外，必須保持其可接受的結(jié)構(gòu)剛度。高結(jié)構(gòu)剛度的制動鉗可縮短制動踏板行程、改善舒適性和駕駛感覺，并提高車輛安全。此外，高結(jié)構(gòu)剛度的制動鉗可以防止制動片不均勻磨損和制動鉗的較大變形等。采用多目標優(yōu)化和拓撲優(yōu)化兩種方法優(yōu)化制動鉗，并對優(yōu)化結(jié)果進行比較。

Federico Maria Ballo et al. Proceedings of the ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference, Portland, Oregon, USA-August 4-7, 2013.

編譯：王欣欣