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基于伪密度法的汽车悬架摆臂拓扑优化(3)

时间:2014-11-25 09:30 来源:www.fabiaoba.com 作者: 孙旭 点击:

  (1)定义设计需要的拓扑优化区域与设计变量。

  拓扑优化就是要在给定的设计空间内找到最优的材料分布,因此在优化前必须要确定设计空间。也即要划分优化设计区域及非设计区域,因为拓扑优化区域是由属性来识别的,所以通过多个属性可区分设计及非设计区域。进入Optimization 模块Topology 菜单选择设计区域属性,类型选择PSOLID 创建优化变量,定义优化的设计空间[3][6]。本例中将上摆臂与车架、转向节相连接的三处销孔区域为非设计区域(如图2黄色网格区),其余部分为优化设计区域(如图2中间部分蓝色网格区)。

  (2)设置优化参数。

  ①定义响应

  在这个优化问题中,目标是体积的最小化,而约束是受力的3698号节点的位移。将在Responses面板中创建两个响应:一个是定义目标函数的体积响应,另一个是位移约束。位移响应是线性静态分析的结果,体积响应是全局响应,它定义组件的整体结构、个体特征和材料。

  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

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