面向增材制造的汽车轴承支座轻量化设计

摘要

拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合使轻量化设计拥有无限可能,而增材制造技术使其制造成为可能,极大推动了其发展应用的可能性。将拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合对汽车轴承支座进行轻量化设计,采用变密度拓扑优化技术建立SIMP-刚度材料密度插值模型优化轴承支座的材料密度分布,划分出0~0.4、0.4~0.8、0.8~1.0三个相对密度区间,以相对密度为0.2、0.6、1.0的体心立方晶格结构对应3个相对密度区间区域进行填充,组装整合得到轻量化设计的汽车轴承支座。通过有限元分析其安全性能,结果表明:轴承支座的整体应力应变梯度分布均匀,材料利用率提高,最大应力由原始模型的215 MPa转变为356 MPa,仍满足使用要求,而质量相对于原始模型降低53.89%,达到轻量化效果。该设计思路为航空航天、汽车船舶等领域的机械结构轻量化提供了一种有效实用的新方法。