[發明專利]一種制動器支撐結構的優化設計方法

有效

• 申請號: 202011193559.2
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112307563B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 任毅如;向劍輝
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17;G06F30/23
• 代理公司: 長沙麓創時代專利代理事務所(普通合伙) 43249
• 代理人: 賈慶

本發明公開了一種用于各種車輛制動器支撐結構的優化設計方法，所提出的方法針對用于各種車輛的制動器，結合了以支撐結構幾何拓撲構型作為設計變量的拓撲優化設計方法和以結構尺寸參數作為設計變量的形狀尺寸優化設計方法方法。該方法可以對包括但不限于柔度、位移、熱柔度、體積、應力等在內的制動器支撐結構性能評價標準在合理的目標函數和約束條件下進行多學科多目標優化設計。基于拓撲優化結果提取結構特征進行支撐結構的參數化建模，并且對參數化模型下的結構特征進行形狀尺寸參數優化設計，進一步的對制動器支撐結構進行參數優化設計。采用本發明獲得的制動器支撐結構能夠在減少較多體積的情況下獲得更小的變形。

技術領域

本發明涉及車輛的制動器領域，尤其是涉及一種基于拓撲優化方法的以制動器支撐結構變形為目標的支撐結構優化設計方法。

背景技術

隨著車輛技術的不斷發展，車輛在動力功率和速度等方面的性能顯著提升，這就使得在安全穩定靈活方面的要求更高，這給車輛特別是重型車輛制動系統帶來了新的挑戰。對于重型車輛而言，由于其本身質量大，并且在車速和機動性方面有較高的要求，制動器作為車輛完成各種機動動作的關鍵部件，在滿足車輛高性能需求中，發揮著至關重要的作用。對制動器的研究和設計也變得越來越重要。對于制動器的研究和設計，完全是圍繞其相關的性能評判標準展開，對應制動器的噪音水平、散熱能力、結構剛性、制動效果、耐高溫性能以及機械操作性能等，制動器開展的研究和設計包括制動器的噪音控制、制動器的溫升和散熱控制、制動器支撐配合變形間隙控制、制動組件的摩擦吸能特性研究、零部件的高溫穩定性研究以及相關作動機構的設計等。

目前在車輛上被采用的主流制動器有鼓式和盤式兩種，鼓式制動器雖然成本較盤式制動器更低并且具有自剎作用而被廣泛采用，但由于其散熱性能差，并且在濕水環境下會打滑一般用于低速車輛或者和盤式制動器混合使用。盤式制動器分為鉗盤式和全盤式，鉗盤式制動器廣泛應用于乘用車和輕型客車。全盤式制動器由于其完全接觸式的連續摩擦，使得摩擦片受力均勻，溫度分布均勻，制動瞬時峰值溫升低。并且結構簡單，操作簡單可靠，壽命長，被廣泛應用于各種重型車輛。為了保證各類車輛的有效制動，提供的制動操縱力非常大，對制動器支撐結構造成了很大的載荷負擔，關于制動器支撐結構在制動過程中的狀態就成為了需要關注的重點和學者們重點研究的對象。制動器支撐結構根據其結構形式的不同，制動環境的差異等因素會承受不同的工況，惡劣的工況會對制動器支撐結構產生各種負面影響，最終會導致制動器的失效和損壞。因此，考慮多學科多目標的制動器支撐結構的優化設計成為了一個重要的研究方向。

發明內容

本發明的目的主要是針對現有技術存在的問題，提出了一種可用于各種車輛的盤式制動器結構的優化設計方法。本發明提出的用于各種車輛的盤式制動器結構的優化設計方法，采用了拓撲優化設計的優化理論，以結構的拓撲構型作為設計變量，能夠充分地調動材料的分布，得到具有最佳材料分布的結構形式。依托于該得到的幾何形式，通過測量但不限于測量的方式提取結構的幾何特征，并對該幾何特征下的制動器支撐結構進行形狀尺寸優化，最終得到能夠滿足工藝要求的制動器支撐結構最優結構形式。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下所示：

一種制動器支撐結構的優化設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

第一步，獲得制動器支撐結構在工作過程中的工況；

第二步，建立制動器支撐結構拓撲優化模型：

式中，目標函數為：

約束條件為：

設計變量為：