【《下摆臂基于基频最大工况拓扑优化分析案例》1800字】

下摆臂基于基频最大工况拓扑优化分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u3691下摆臂基于基频最大工况拓扑优化分析案例 128531.1目标函数及约束条件的选取 1285051.2拓扑优化分析 125631.3基于拓扑优化对模型进行重构 284151.4优化后模型的分析 31.1目标函数及约束条件的选取下摆臂前六阶为刚体模态，第七阶模态开始为弹性模态，高阶模态频率越高下摆臂结构越容易避开共振频率，因此基于基频最大工况对弹性模态进行拓扑优化可以提高高阶振动频率避免共振，改善结构振型。下摆臂的可优化区域选择下摆臂的上下板部分，优化空间与基于静强度工况下的优化空间相同。以第七阶模态最大为拓扑优化的目标，约束条件设置为体积分数小于0.3，即设计区域优化后体积最多为原有体积的0.3倍，建立单目标拓扑优化目标函如公式5-1所示。&maxf（4-1）式中μ7代表第七阶固有频率，优化目标为频率最大化。p为约束条件体积分数的取值，式中p的值为0.3。1.2拓扑优化分析在下摆臂有限元模型的基础上进行拓扑优化的设置，具体操作流程如下：1.打开topology命令进行设计区域的选定，在Hypermesh的拓扑优化功能中设计区域由属性进行划分，选择设计区域后需要对拓扑优化后的传力路径大小进行设置，根据工程经验一般将该值设置为不小于最小单元尺寸的3倍，由于模型网格基本尺寸为3mm，因此将传力路径的大小设置为不小于10mm。2.在responses命令中进行响应设置，在基频最大工况条件下需要设置的响应有两种：一种为体积分数类型响应，该响应作为优化的约束条件；另一种为频率响应，该响应作为优化的目标函数。3根据两种响应建立拓扑优化的约束条件以及优化目标，并将建立的拓扑优化模型提交Optistruct进行计算，进行求解器计算后可以得到拓扑优化的相对密度云图以及优化过程的迭代曲线。（1）相对密度云图图4-1下摆臂相对密度云图（上板区域&下板区域）经过拓扑优化可以发现设计区域靠近后点的A区域和靠近外点的B区域有较多低密度单元，在优化后模型的重新设计阶段可以将两部分单元去除。另外不难发现在衬套套管的连接区域同样存在少量低密度单元，如图4-1中C区域所示，但是由模型的静力学分析结果可知，C区域存在应力集中现象，如果去除该区域低密度单元会产生更大的应力，因此在模型重新设计时对C区域的单元予以保留。（2）迭代历程曲线图4-2下摆臂迭代历程曲线由迭代历程曲线可得,随着迭代次数增加第七阶模态频率也不断增加。迭代在第16次时趋于收敛，最终优化后第七阶模态频率的值最大为900Hz,但是在实际模型优化后由于设计偏差会导致新模型的模态频率无法达到该最大值。1.3基于拓扑优化对模型进行重构通过查看优化结果的相对密度云图，可以选择保留单元的密度阀值。本次拓扑优化单元密度向0和1趋近十分明显，中间密度的单元数量较少，因此选取不同密度阀值的影响较小。选取密度阀值为0.5，去除密度小于0.5的单元，基于剩余单元对下摆臂模型进行重构，重构后的模型如图4-3所示。图4-3基频最大工况下下摆臂重构模型1.4优化后模型的分析将模型导入Hypermesh中，按照静力学分析步骤创建相应有限元分析模型。为了结果具有可比性，继续选择三种极限工况对构建的下摆臂模型进行分析。将前行制动、最大上跳以及右转制动工况的载荷数据加载到模型的RBE单元上，建立的有限元分析模型如图4-4所示。图4-4重构模型的有限元分析模型将有限元模型导入求解器进行计算，分别可以得到模型的应力分布情况以及模态频率。为了便于观察优化前后模型的应力分布变化情况，将优化后的模型与原模型的静力学分析结果进行对比，如图4-5到4-7所示，表4-1反映了三种工况最大应力变化情况。模态频率如图4-5最大上跳工况应力对比图图4-6右转制动工况应力对比图图4-7前行制动工况应力对比图表4-1优化后模型在三种工况下最大应力变化情况最大上跳工况（MPa）右转制动工况(MPa)前行制动工况(MPa)原模型21.5611.2116.07优化后模型22.2812.5126.67变化率3.34%11.60%65.91%经过对比两模型的应力分布可知，拓扑优化模型的应力分布状态得到较大改善，同时模型的最大应力有所增加，其中前行制动工况最大应力增加最为明显。图4-8第七阶模态振型云图图4-9第八阶模态振型云图图4-10第九阶模态振型云图图4-11第十阶模态振型云图图4-12第十一阶模态振型云图图4-13第十二阶模态振型云图模型拓扑优化后第七、八阶模态振型基本与原有模型相同，第九阶到第十二阶模态相比原有模型振型有较大改变。优化后第七阶及第八阶模态频率均有提高，证明基于基频最大工况的拓扑优化结果较为成功；第九阶到第十二阶模态频率有所减小，但由于频率均在1000Hz以上，因此对结构共振并不会产生影响。模态频率变化如表4-2所示。表4-2下摆臂模态频率变化模态阶数频率（原模型）/Hz频率（优化模型）/