[發明專利]一種鋁合金壓鑄減震塔的結構設計方法

在審

• 申請號: 201711310020.9
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN108038308A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 發明（設計）人: 毛華杰;付文;蘭箭;華林;錢東升
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;汪瑋華

本發明提出一種鋁合金壓鑄減震塔的結構設計方法，根據對原鋼制減震塔結構分析和實驗測試結果，提取出相關性能數據并建立拓撲優化空間；接著對拓撲優化空間進行設計區域和非設計區域的劃分；對設計區域，通過拓撲優化確定加強筋的合理位置分布；根據對拓撲優化結果得到的加強筋位置分布，重新建立帶加強筋分布的減震塔模型，通過尺寸優化進一步得到加強筋的最優厚度；最后對尺寸優化后的減震塔模型進行校核，確保所設計的結構滿足使用性能需求。本發明縮短了設計周期，提高了設計效率，結構輕量化效果明顯，綜合性能得到顯著提升。

技術領域

本發明屬于卷板機彎卷成型的技術領域，尤其涉及一種鋁合金壓鑄減震塔的結構設計方法。

背景技術

汽車工業的快速發展給人們的出行帶來便利的同時也給環境帶來污染，節能減排已成為 汽車工業發展的難題，而輕量化技術是解決這一問題的最佳方式。

傳統的零件設計主要依賴于經驗和已有的相關結構，需要結合實際生產反復試驗，設計周期長，成本高。隨著有限元技術的發展，零件設計已經形成一套完整的理論體系：拓撲優化，尺寸優化，形狀優化，形貌優化。拓撲優化已成為零件概念設計的一種有效方式，在初步設計中確定結構的形式；形貌優化主要針對沖壓件加強筋的設計；尺寸優化和形狀優化則在零件詳細設計階段對局部尺寸和形狀進行微調。優化方法可以結合零件具體形式選取或組合。有限元優化方案大大縮短了設計周期，在確保結構設計可靠性的同時提高了設計效率。

減震塔是汽車重要零部件之一，是連接減震器和前車身的關鍵零件，汽車行駛過程中由于地面不平造成的沖擊載荷通過減震器的衰減傳遞到減震塔，進而分散到前車身。汽車減震塔對于增加汽車行駛的平穩性以及整車NVH性能有重要作用。目前減震塔主要采用多塊鋼板沖壓件焊接工藝，制造工序復雜，生產成本高，安裝和拆卸效率低，且焊接過程中焊點附近的溫差容易造成局部應力集中，影響結構整體裝配精度。以鋁合金代替鋼制件成為輕量化車身的趨勢，而開發適用于壓鑄工藝的鋁合金結構件主要依賴于經驗，同時反復試驗，設計效率低且輕量化效果不佳，非常需要一種高效的替代鋼制減震塔鋁合金壓鑄件的結構設計方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述存在的問題，提供一種鋁合金壓鑄減震塔的結構設計方法，縮短鋁合金壓鑄件的設計周期，提升輕量化效果。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種鋁合金壓鑄減震塔的結構設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1)從整車模型數值分析和實驗測試結果中，提取出鋼制減震塔一階模

態，在不同極限工作狀態下的受力邊界條件，以及不同極限工作狀態下對應的特征點處的最大位移量；

S2)根據鋼制減震塔結構，設計一個包含原結構幾何形狀且不和前車身其它零部件產生裝配干涉的拓撲優化空間，對拓撲優化空間進行設計區域和非設計區域的劃分：表層一定厚度設置為非優化區域，作為減震塔基本結構，內側其余部分為設計區域，作為加強筋分布位置的優化區域；

S3)以步驟S1)中提取的不同極限工作狀態下對應的特征點處的最大位移量作為約束條件，步驟S2)中的設計區域單元密度為優化設計變量，整體質量最小化為優化設計目標，通過拓撲優化結果確定加強筋的位置；

S4)以步驟S1)中提取的不同極限工作狀態下對應的特征點處的最大位移量作為約束條件，依據步驟S3)得到的加強筋的位置重新建模，以加強筋厚度為優化設計變量，整體質量最小化為優化設計目標，通過尺寸優化結果確定加強筋的寬度；

S5)對拓撲優化和尺寸優化得到的結構進行校核，確保所設計的鋁合金壓鑄減震塔適用于鋁合金壓鑄工藝，且結構滿足步驟S1)中所提取的不同極限工作狀態下對應的特征點處的最大位移量要求。

按上述方案，所述步驟S3)中包括如下內容：根據工藝要求對設計區域定義拔?；蛘邤D壓的制造約束，所述的拓撲優化數學模型可以表達為：