基于伪密度法的汽车悬架摆臂拓扑优化(2)

　　图2 优化前控制臂有限元模型

　　1.3 材料选取

　　在Collectors面板下的create子面板中创建一个材料集合器，card image类型选择为MAT1：MAT1是指所选材料为线形、不受温度影响、各向同行材料。若上摆臂采取锻造工艺，选取40Cr 材料，弹性模量为2e+05，泊松比为0.3。

　　1.4 边界条件的建立与载荷施加

　　在模型上施加载荷之前，要先建立一个载荷集合器，以便把要施加的载荷经处理后存入计算机，为以后载荷施加的调用提供支持。麦弗逊悬架控制臂分析时通常固定前衬套X、Y、Z三个方向平动，后衬套点Y、Z方向平动，外球销点Z方向平动。

　　根据以上由COSMOSmotion获得的制动、转向、凹坑上跳工况时的纵向、侧向力和垂向力，在上摆臂与转向节连接处添加X、Y、Z方向的载荷，施加到相应的单元（RBE2单元）和节点（3698）上。如表1及如图3所示。

　　表1 载荷的设定

　　图3 多工况下节点载荷施加情况

　　利用创建出的边界条件及载荷分别组合起来创建出制动、转向和凹坑上跳三种工况，表2所示为模型优化前处理信息。

　　表2 上摆臂模型优化前处理信息

　　2 上摆臂的拓扑优化

　　2.1 优化设计数学模型建立

　　根据概念设计要求，明确拓扑优化问题，建立数学模型如下：

　　Minimize：VOL（X）=VOL（x1，x2，...，xn）

　　Subject To VonMises≤760

　　Disp1（X）≤0.05

　　Disp2（X）≤0.02

　　Disp3（X）≤0.04

　　式中：X=x1，x2，..，xn 是设计变量，为材料单元密度；VOL（X）为目标函数，北大核心期刊体积的最小化；VonMises为应力约束；Disp1（X）为施加载荷的节点在工况1下的位移约束，合位移小于0.05；Disp2（X）为施加载荷的节点在工况2下的位移约束，合位移小于0.02；Disp3（X）为施加载荷的节点在工况3下的位移约束，合位移小于0.04。

　　2.2 OptiStruct中的拓扑优化设计过程

　　拓扑优化设计过程主要分成以下三个部分：