基于solidThinkingInspire的轻卡后板簧支架设计

    1 概述

    随着工业技术的发展及计算机辅助水平的不断提升，对产品的设计要求也日益提升，现已逐渐摆脱了经验主义进行产品开发，而是越来越依靠基于科学方法的计算机辅助工具进行各类工业产品的设计，这样在保证产品高质量的前提下，使用尽量少的材料，以最大限度地节约成本，且能大大提高产品的一次开发成功率。在汽车设计过程中，引入计算机仿真优化技术是实现这些目的的较好手段。

    solidThinking Inspire工具由于其自身具有界面简洁、易学易用等优势，近年来越来越多汽车行业设计师将其应用于产品设计周期的概念设计阶段，根据零部件或系统的受力及约束工况，利用优化技术获得材料的最佳承力结构，并在此基础上进行详细设计。

    文章以某轻卡后板簧活动端支架为优化设计对象，运用大型CAE分析软件HyperWorks平台中的solidThinking Inspire工具，以密度法为理论依据对板簧支架进行拓扑优化，并根据拓扑优化结果进行详细数模设计。

    2 拓扑优化数学模型

    目前常用的连续体拓扑优化方法有均匀化法、变密度法和渐进结构优化法等。文章采用变密度法进行板簧支架的拓扑优化， 其基本思想是引入一种假想的密度值在0～1之间的密度可变材料，将连续结构体离散为有限元模型后，以每个单元的密度为设计变量，将结构的拓扑优化问题转化为单元材料的最优分布问题。

    若以结构变形能最小为目标， 考虑材料体积约束和结构的平衡， 设计空间内各单元的相对密度为设计变量，则拓扑优化的数学模型为：

    3 后板簧活动端支架的原始设计

    该轻卡后板簧活动端支架原始方案为钢板拼焊总成件，图1，图2分别为后板簧活动端支架与车架装配图和后板簧活动端支架拼焊总成图。拼焊件有以下缺点：

    （1）零件表面质量较差，影响其工艺性能；

    （2）零件的一致性难以保证，对零件安装等造成影响；

    （3）焊接的焊缝质量等直接影响零件的机械强度和可靠耐久性能；

    （4）焊接件工序较多，大大降低生产和制造效率。

    鉴于以上原因，需要对该部件进行重新设计，首先考虑设计为一体铸件，虽然在后期生产过程中需要为板簧支架重新开模，但从产品质量可靠性及收益综合角度考虑，一体铸件的优势原大于之前的拼焊总成件。