拓扑优化在铝合金钳体优化中的应用

摘要

以某SUV车型盘式制动器钳体为研究对象,从使用轻量化材料和结构优化两个方面对钳体进行了轻量化分析.首先,用CATIA建立了钳体的三维模型,在HyperWorks中建立了其仿真模型,并进行了刚度和强度分析,得到了其应力云图和位移云图.使用铸造铝合金材料对钳体进行了轻量化分析,发现其并不满足刚度要求后,对铝合金材质的钳体进行了尺寸改进,为了确定合理的改进尺寸,选取了5组尺寸数据并进行了建模和仿真对比;其次,基于变密度法,建立了钳体拓扑优化的数学模型,对钳体进行了拓扑优化,确定了铝合金材质钳体的合理结构,并在CATIA中重建了优化后的模型,对重建模型进行了静力分析,得到了优化后钳体的应力、位移云图,证明优化后的钳体满足刚、强度要求,且质量下降到原来的43％.最后,对原始钳体和最终优化钳体进行了疲劳寿命分析,验证了优化后钳体的合理性.