由于该推力杆支架受力状况变化不大，因此选取最为恶劣的工况3，将其刚度及强度计算结果分别显示于图5和图6中。

由刚度计算结果可以看出，优化结构的变形呈现更为均匀的趋势，说明结构整体的刚度分配更趋于合理。

由刚度计算结果可以看出，优化结构的变形呈现更为均匀的趋势，说明结构整体的刚度分配更趋于合理。

由强度度计算结果可以看出，优化结构的应力分布更为均匀，较原始结构能够更有效的避免应力集中的产生。

5.2 结构疲劳寿命验证

疲劳寿命验证以车桥上跳、下跳各一次为一个应力循环，分别取原始结构和优化结构静强度分析中应力最大的工况为最大应力，应力最小的工况为最小应力。试验结果表明，在常温和干燥空气中，在和频率在1000Hz以下时，对疲劳极限的影响极小[4]，因此在疲劳寿命校核中忽略加载频率的影响。

通常将S-N曲线拐点处的应力称为疲劳极限，将疲劳极限与应力幅值——即（最大应力-最小应力）/2——的比值称为疲劳安全系数。

将疲劳安全系数和疲劳寿命的计算结果显示于图7和图8。

疲劳安全系数的计算结果显示出优化后的结构疲劳安全系数分布更趋均匀，且变化梯度明显较小。

疲劳寿命的计算结果显示优化结构的最小疲劳寿命区较原始结构更小，且寿命提高了5个数量级，基本可以看做无限寿命。

6 结论

将分析结果汇总于表1中。由表中可见，优化结构的静刚度、静强度、疲劳安全系数及疲劳寿命相对于原始结构均有显著提高，而质量减轻了3.19kg（13.86%），轻量化效果十分可观。

由此例可见，拓扑优化技术应用于产品设计，不仅有利于获得力学性能更为优异的结构，而且材料成本能够得到极大的压缩；同时由于疲劳寿命的提升，对降低产品的全生命周期成本也将做出突出贡献。

7 参考文献

[1]郭中泽，张卫红，陈裕泽. 结构拓扑优化设计综述[J]. 机械设计, 2007, 24(8): 1-5

[2]张胜兰，郑冬黎等. 基于HyperWorks的结构优化设计技术[M]. 北京：机械工业出版社，2008

[3]刘惟信. 汽车设计[M]. 北京：清华大学出版社，2001

[4] 范钦珊. 工程力学教程[M]. 北京：高等教育出版社，1998

Topology Optimization for the Thrust Bar Bracketof Air Suspension

Shao Lin Lv Jingchun Yao Mangrong

Abstract: Based on the ultimate static load, In the environment of OptiStruct, topology optimization technology is utilized to optimize the structure of the lower thrust bar bracket of air suspension on a tractor, on the basis of ensuring the structural stiffness and strength, the target of lightweight design is also reached; Meanwhile, by using the method of multi-body dynamics, the dynamic load at connecting position of the component under a random load put on the ends of axles is extracted, and then, the fatigue damage of the bracket under such load condition is analyzed. The result indicates that comparing with the original structure, the optimized structure shows remarkable improvements of stiffness, static strength and fatigue life.

Keywords: topology optimization, lightweight design, fatigue life