下摆臂自由形状优化

廉俊盛　谢颖　陈雷

摘要：某车型在试验场进行强化耐久性试验时，行驶致9000km时，下摆臂发生断裂，经过多方面分析，找到摆臂断裂的原因，使用optistruct的自由形状优化，对断裂位置进行结构优化，使其满足强度耐久需求。

关键词：下摆臂;强化耐久;optistruct;自由形状优化

0  引言

某车型在试验场进行强化耐久试验时，在车辆行驶9000km时，下摆臂上与减震器相连的位置发生断裂。经判定，排除了材料与工艺等问题，此次断裂属于结构设计缺陷。CAE分析结果显示，原设计存在疲劳断裂风险。本文详细阐述了利用optistruct的自由形状优化方法，得出优化的方向，与设计部门确认可行性后，得出最终优化方案。

1  模型介绍

下摆臂连接转向节、副车架、稳定杆、弹簧及减震器。采用4mm二阶四面体单元，模型共包含61867个单元，下摆臂与转向节、稳定杆及阻尼减震器的连接使用rbe2，与弹簧及副车架的连接使用rbe3。下摆臂材料为铸铁，质量为19kg。断裂位置发生在与减震器连接点的附近。

2  模型分析

2.1 原结构仿真结果

经研究发现，在行驶过程中，减震器推力过大，使下摆臂发生疲劳破坏。采用惯性释放，模拟在行驶过程中减震器最大推力10000N，方向沿着减震器的方向。采用None观察结果，最大应力为304.7MPa，最大应力位置与断裂位置一致。

2.2 自由形状优化

使用optistruct的free shape优化功能，先使用壳单元，做出可优化的最大空间，将下摆臂质量及应力，设置为response，应力響应作为约束，设置上限为200MPa，质量响应作为目标，设置为最小。

对比优化的第一步与最后一步发现，在该工况下，在左侧起筋，比右侧起筋更高效。（图4）

2.3 优化后仿真结果

根据自由形状优化的结果，结合实际的工艺，在断裂位置，顺着臂的边缘，增加了一条筋，再次进行相同工况的仿真，最大应力为217.2MPa，优化效果明显。（图5）

2.4 试验验证

新的下摆臂安装到试验车上，进行强化耐久试验，跑完强化历程15000km，下摆臂为发生断裂，验证了优化方案的有效性。

3  结论

通过自由形状优化，为设计提供参考，使下摆臂最大应力从304.7MPa降到了217.2MPa，优化后的下摆臂，满足设计要求。验证了自由形状优化是有效和可行的。

参考文献：

[1]苏玉珍，李成，贾红雨，杨洁.某车型车架的有限元分析[J]. 机械设计与制造，2009（08）.

[2]杨荣山，黄向东，袁仲荣，赵克刚.多目标优化方法在悬架几何设计上的应用[J].华南理工大学学报（自然科学版），2009（07）.

[3]汪浩然，程洁.PROFINET技术在旋转机械臂控制系统的设计应用[J].内燃机与配件，2018（22）：209-210.

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作者简介：廉俊盛（1990-），男，硕士， 研究方向为CAE结构耐久;谢颖（1987-），女，本科， 研究方向为CAE结构耐久;陈雷（1981-），男，硕士， 研究方向为CAE。