趙 峻，薛東巖

（通化市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣中心，吉林 通化 134000）

1 四種極限工況強(qiáng)度試驗(yàn)

針對(duì)一些具體問(wèn)題，對(duì)某SUV汽車(chē)車(chē)白車(chē)身做扭轉(zhuǎn)工況、轉(zhuǎn)向制動(dòng)工況、對(duì)角離地工況和單側(cè)車(chē)輪過(guò)凸包工況等四種極限工況下的強(qiáng)度分析測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，四種工況下的最高應(yīng)力都出現(xiàn)在前懸架安裝支座面板處，且四種工況下的最大應(yīng)力值都超過(guò)該處材料的屈服極限，這主要是因?yàn)檫@個(gè)部位易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并且安裝支架受力非常大，此外面板厚度較薄，在以后結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中可以增加材料的厚度來(lái)減小應(yīng)力或者改換屈服極限較大的材料，也可以嘗試優(yōu)化支座面板的形狀或結(jié)構(gòu)。

2 前懸架減震器安裝處支座面板的優(yōu)化方案

由前面整車(chē)強(qiáng)度分析可以得出，前懸架減震器支座面板在四種極限工況下的應(yīng)力很大。減震器支座面板這類承載部件，需要著重分析他的受力情況，對(duì)它做強(qiáng)度分析校核，為加強(qiáng)其強(qiáng)度可以選擇更換支座面板的材料、調(diào)整零件厚度、或者修改其結(jié)構(gòu)形狀等方式，使零部件能滿足各種極限工況的強(qiáng)度要求[1]，本文中采用有限元的優(yōu)化方法優(yōu)化支座面板的結(jié)構(gòu)形狀。在不影響分析結(jié)果的條件下，可以單獨(dú)對(duì)前懸架減震器支座面板建立有限元模型，這樣可以節(jié)省很多的優(yōu)化求解時(shí)間。對(duì)欲施加加強(qiáng)筋的區(qū)域網(wǎng)格細(xì)化，這樣可以減小求解時(shí)的誤差。進(jìn)行形貌優(yōu)化需要經(jīng)過(guò)如下四個(gè)步驟。

1）定義形貌優(yōu)化區(qū)域。在形貌優(yōu)化中，因?yàn)榫W(wǎng)格節(jié)點(diǎn)變形引起了起筋和未起筋區(qū)域的的變化，就導(dǎo)致這兩個(gè)區(qū)域間網(wǎng)格形狀的較大變化，從而就容易引起網(wǎng)格的畸變情況，所以為了不發(fā)生由質(zhì)量太差的網(wǎng)格所引起的計(jì)算不能收斂的的情況，就要預(yù)防這個(gè)區(qū)域中節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)變化。我們也可以使用網(wǎng)格細(xì)化的方法去對(duì)所需要的的區(qū)域添加加強(qiáng)筋，進(jìn)行區(qū)域性的網(wǎng)格細(xì)化。

2）定義加強(qiáng)筋的參數(shù)。起肋的最大角度為65°，最小寬度設(shè)為4.0 mm，加強(qiáng)筋的最大高度為3.5 mm，并且設(shè)定節(jié)點(diǎn)上下限位移。

3）定義形貌優(yōu)化響應(yīng)和計(jì)算工況。定義前懸架減震器支座面板的應(yīng)力為響應(yīng)，最小值為目標(biāo)函數(shù)[2]。由前面分析可知轉(zhuǎn)向制動(dòng)況下前懸架減震器支座面板應(yīng)力最大，所以設(shè)置轉(zhuǎn)向制動(dòng)工況為計(jì)算工況，減震器支座左安裝點(diǎn)單側(cè)車(chē)輪凸包工況載荷如表1所示，載荷方向遵循整車(chē)坐標(biāo)系，其中 Fx、Fy、Fz、分別表示沿 x、y、z方向的力，Tx、Ty、Tz分別表示繞 x、y、z方向的力矩。

表1 該車(chē)前懸架減震器支座左安裝點(diǎn)單側(cè)車(chē)輪過(guò)凸包工況載荷

4）計(jì)算。由計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析計(jì)算形貌優(yōu)化，Optistruct依據(jù)給定的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，經(jīng)過(guò)多次迭代，一直到計(jì)算求解出符合目標(biāo)函數(shù)和約束條件的最優(yōu)解為止[1]。

3 對(duì)優(yōu)化后的前懸架減震器支座面板做強(qiáng)度仿真分析驗(yàn)證

對(duì)優(yōu)化后的減震器支座面板的CAD模型做強(qiáng)度分析，優(yōu)化前后減震器支座面板最大應(yīng)力對(duì)比如表2所示。

表2 前懸架減震器支座面板優(yōu)化前后最大應(yīng)力對(duì)比表

通過(guò)分析支座面板優(yōu)化前后的應(yīng)力結(jié)果得出：四種工況下，優(yōu)化后的前懸架減震器支座面板的應(yīng)力值明顯減少，并且在四種惡劣的極限工況下都滿足強(qiáng)度要求。

該方案已經(jīng)提交到某汽車(chē)制造有限公司設(shè)計(jì)部門(mén)，并且通過(guò)設(shè)計(jì)部門(mén)審核。改進(jìn)后的前懸架減震器面板現(xiàn)已投入生產(chǎn)，在完成本論文后，還將繼續(xù)關(guān)注后續(xù)的工作。

4 結(jié)論

從結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型和OptiStruct的迭代算法三個(gè)角度描述了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法；采用形貌優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法對(duì)前懸架減震器支座面板進(jìn)行了優(yōu)化，提出了優(yōu)化后的前懸架減震器支座面板的三維CAD模型的方案；對(duì)提出的優(yōu)化方案利用FE方法做強(qiáng)度仿真分析，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化后的前懸架減震器支座面板在四種極限工況下的應(yīng)力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于該部件材料的屈服極限，滿足汽車(chē)在實(shí)際使用中的要求。