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新的氣缸蓋輕量化理論方法

采用非參數(shù)優(yōu)化方法，建立了一種新的實現(xiàn)氣缸蓋輕量化的理論方法。優(yōu)化過程包括拓撲優(yōu)化和形狀優(yōu)化。在拓撲優(yōu)化過程中，在給定的設(shè)計空間內(nèi)設(shè)計出最佳的結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)較高的剛度，為此后的形狀優(yōu)化提供了一種有效的結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)輕量化并具有耐用的特點。形狀優(yōu)化基于拓撲優(yōu)化獲得的結(jié)果，并通過應(yīng)用疲勞分析軟件耦合分析得到既輕量又能滿足高循環(huán)疲勞強度的詳細形狀。除高循環(huán)疲勞強度要求外，各種限制因素也應(yīng)被考慮在內(nèi)，如墊片接觸壓力的功能性約束和最小壁厚或脫底模制造工藝的局限性。

基于包含幾何設(shè)計空間和給定負荷邊界條件的有限元模型，拓撲優(yōu)化過程確定哪些單元有助于該結(jié)構(gòu)的整體剛度，根據(jù)算法確定設(shè)計空間內(nèi)單元的去留，保留下來的單元即構(gòu)成最終的拓撲優(yōu)化結(jié)構(gòu)，確定新的材料分布，從而實現(xiàn)拓撲優(yōu)化。體積、應(yīng)變能和位移等各種設(shè)計響應(yīng)可以作為拓撲優(yōu)化的目標函數(shù)和約束，此研究設(shè)計的應(yīng)變能作為一個參數(shù)的目標函數(shù)來控制和評估所分析目標的剛度。形狀優(yōu)化是修改部件的表面參數(shù)，使某一目標函數(shù)實現(xiàn)最小化或最大化；非參數(shù)形狀優(yōu)化在有限元模型劃分模型上直接進行。

優(yōu)化結(jié)果表明，通過新理論方法設(shè)計的氣缸蓋可以減重14％。此結(jié)果驗證了所建立的設(shè)計理論方法對于減輕氣缸蓋質(zhì)量并滿足各種設(shè)計要求的實用有效性。

Shohei Mikami et al. SAE 2015-01-0495.

編譯：牛妍妍