OptiStruct在提高安装点刚度中的应用

危远奎
奇瑞汽车有限公司 安徽省芜湖市 241006

摘要：计算机辅助工程（CAE）技术已经在汽车设计领域得到广泛应用，仿真优化技术以其有效降低成本，缩短开发设计周期的特点而备受关注。Altair OptiStruct作为业界领先的优化软件，参与了提升某车型换挡机构安装点刚度的设计过程。在短时间内提出了提升换挡机构安装点刚度的优化设计方案，达到了整改问题的目标，有效的缩短了产品开发周期。

关键字：OptiStruct， 安装点刚度， 换挡机构， CAE

1 引言

在汽车开发过程中，一些零部件安装点的刚度不足会影响到零件的使用性能、装配性能等，提高安装点的刚度具有重要的意义和作用。

某车型在设计过程中，其换挡杆在受横向力作用时左右晃动量较大，不能满足设计要求。经过试验验证换挡机构本身刚度良好。换挡杆左右晃动量大是由于换挡机构安装钣金安装点刚度不足所造成。本文通过有限元优化设计软件OptiStruct的topology的功能，提出了一种不改动原有的结构增加加强板以提高安装点刚度的方案；又通过拓扑优化与形貌优化相结合，提出来一种换挡机构安装钣金的优化方案，大大提升了安装点的刚度，并且降低了车身的质量。

2 优化模型简介

本分析以换挡机构安装钣金上安装点附近区域为优化目标（下图1红色区域），优化模型包括白车身上换挡机构安装钣金附近的零件（如下图1所示）。由于换挡杆较长，在换挡杆顶端整车坐标系中Y向加力时，产生了很大的力矩，在换挡机构安装点Z向受力较大，因此主要考虑安装点Z向刚度。

图1 优化设计模型

3 优化问题描述

换挡机构安装钣金及其模型中其它零件材料为合金钢，合金钢的材料参数为：
　　　　　弹性模量：210Gpa
　　　　　泊松比：0.3
优化问题定义如下：
　　方案一：增加加强板。
　　　设计变量是：单元密度
　　　约束条件：设计区域体积分数
　　　优化目标：最小化权重应变能（定义在四个安装点各自受Z向力的工况上）
　　方案二：优化换挡机构安装钣金的结构
　　　设计变量： 内部生成的形状变量和单元密度
　　　约束条件：设计区域体积分数
　　　优化目标：最小化权重应变能（定义在四个安装点各自受Z向力的工况上）

4 优化分析介绍

4.1 计算原始模型的安装点刚度

换挡机构安装钣金厚度为1.2mm。下图2为安装点位置。