翻转支架结构有限元分析与拓扑优化设计

汤晓萌, 廖子文

(1.东风专用零部件有限公司，湖北十堰 442000；2.东风商用车有限公司，湖北十堰 442000)

0 引言

车辆在行驶过程中因路面的复杂情况各不相同，驾驶室悬置系统需要承载多种工况下的载荷。翻转支架作为商用车驾驶室悬置系统的一个重要结构件，其强度和刚度是设计过程中需要考虑的重要因素。本文作者应用有限元分析软件HYPERWORKS对一款商用车的翻转支架进行有限元分析，获得了翻转支架在多工况下的应力及位移。在结构有富余的情况下进行拓扑优化分析，并经过拓扑优化进行了模型重构。最终使模型在保证强度和刚度的前提下大大降低了零件的质量，实现了轻量化设计。

1 翻转支架结构有限元分析

图1为一款商用车驾驶室悬置系统的翻转支架，该翻转支架上部分与翻转臂通过橡胶衬套、螺栓进行连接，下部分通过6个螺栓安装孔与车架纵梁相连。

图1 翻转支架三维模型

1.1 有限元分析模型建立

文中运用有限元仿真分析软件HYPERWORKS[1]对翻转支架作结构有限元分析。首先根据翻转支架三维模型的特点，对不影响结果的小特征、细节等倒角、圆角进行简化，接着对翻转支架模型进行网格划分，使之离散成有限个单元。翻转支架模型采用四面体单元[2]进行离散，其有限元模型的相关数据见表1，有限元模型如图2所示。

表1 翻转支架有限元模型数据

图2 翻转支架有限元模型

1.2 材料描述

翻转支架采用的材料为ZGD410-700，相关材料参数见表2。

表2 翻转支架材料参数