汽车传动轴轻量化设计研究

杨丽娜，杨和利

汽车传动轴轻量化设计研究

杨丽娜，杨和利

（德州学院，汽车工程学院，山东德州253023）

研究了基于拓扑方法的某型汽车传动轴轻量化设计。首先利用UG进行汽车传动轴建模，将三维模型导入ANSYS中，根据传动轴的受力情况确定其边界条件，然后以传动轴质量最小为优化目标，利用拓扑优化设计算法对其进行计算，最后在同等受力工况下对比优化前后的结构强度，在满足静强度的条件下，优化后的传动轴壁厚变薄，实现了汽车传动轴轻量化设计。

汽车传动轴；ansys；拓扑优化；轻量化设计

相关资料表明，汽车质量减小10%便可节约6%～8%左右的燃油[1]。目前有许多方法来实现汽车轻量化设计这一目的，如采用铝、镁、玻璃纤维等轻质材料，采取优化设计算法，改善车辆零部件结构。本文以传动轴质量最小为优化目标，利用拓扑优化设计算法对其进行计算，在同等受力工况下对比优化前后的结构强度，在满足静强度的条件下，优化后的传动轴壁厚变薄，实现了汽车传动轴轻量化设计。

1 拓扑优化理论基础研究

在拓扑优化过程中首先应建立基础模型，然后通过最优化搜索方法保留结构中必要部分，去掉非必要部分，以确定结构的最优布局，以整体结构离散成n个单元，则每个单元为xi（i=1，2.3...，n），优化后若第j个单元为非必要单元则Xj为0，反之则为1[2].相对于传统优化简单方便，在传统优化设计过程中，优化变量的尺寸和参数是必不可少的，但是在拓扑优化中，只需要定义产品结构模型、材料特性、约束、载荷及要省去的材料的百分比即可。……