[发明专利]一种超重型底盘悬架横臂轻量化设计分析方法及相关装置

权利要求书

1.一种悬架横臂轻量化设计分析方法，其特征在于，该悬架横臂能够使用在超重型车辆底盘上，所述方法包括：

基于材料力学原理，分别针对目标悬架横臂的上横臂和下横臂分析得到各自的载荷传递路径，并确定出横臂主承载截面；

根据基于试验设计DOE方法设计的正交试验，自动分析所述悬架横臂的载荷分别对所述上横臂和所述下横臂的关键位置的应力影响灵敏度；

采用变密度法，设置所述关键位置的应力最大值、变形最大值、最小连接直径作为边界条件，对所述上横臂和所述下横臂分别进行拓扑优化；

经过多次循环迭代后得到优化后的收敛结果；其中，所述收敛结果中包含有用于表征所述悬架横臂轻量化分析结果的单元密度分布，其中，单元密度越小该位置所承载的载荷越小，单元密度为零的位置允许被设计挖空。

2.如权利要求1所述的悬架横臂轻量化设计分析方法，其特征在于，基于材料力学原理，分别针对目标悬架横臂的上横臂和下横臂分析得到各自的载荷传递路径，并确定出横臂主承载截面，具体包括：

根据实际运动关系，所述上横臂内侧与车架为旋转副连接，载荷作用在上横臂外侧的球铰中心处，在YZ平面内，上横臂为二力杆结构，载荷作用在上横臂，确定上横臂的载荷传递路径是从球铰中心至内侧旋转中心，且上横臂主要受拉压载荷；

下横臂内侧与车架为旋转副连接，弹簧销轴中心处约束垂向自由度，载荷作用在下横臂外侧的球铰中心处，在YZ平面内，在外侧球铰中心处载荷、弹簧销轴中心处的垂向载荷综合作用下，确定下横臂的载荷传递路径是沿球铰中心、弹簧销轴中心、下侧支腿销轴中心；

根据上横臂的载荷传递路径和下横臂的载荷传递路径确定横臂主承载截面。

3.如权利要求2所述的悬架横臂轻量化设计分析方法，其特征在于，还包括：

在制动工况下，X方向的载荷对上横臂产生一个弯矩的作用，则确定上横臂受力较大的部位发生在沿载荷传递路径的垂直截面积最小的位置；

在XY平面内，弹簧销轴中心相比球铰至下支腿的连线有一个偏距，弹簧安装槽处产生一个弯矩，则确定弹簧安装槽圆角位置应力较大。

4.如权利要求1所述的悬架横臂轻量化设计分析方法，其特征在于，根据基于试验设计DOE方法设计的正交试验，自动分析所述悬架横臂的载荷分别对所述上横臂和所述下横臂的关键位置的应力影响灵敏度，具体包括：

分别选取所述上横臂和所述下横臂的应力满足阈值的位置点作为观测点；

根据正交试验分别计算各设计因素变化对各观测点应力的影响，统计影响灵敏度；

其中，所述悬架横臂的三个方向的载荷对横臂关键位置的应力影响灵敏度中，X、Y方向的载荷对上横臂中间挖空位置的圆角处的应力影响较大，以及限位工况对球头安装圆角处应力的影响较大；Z方向的载荷对下横臂弹簧安装方槽圆角处、安装弹簧一侧的支腿的下部圆角处的应力影响较大。

5.如权利要求1-4任一项所述的悬架横臂轻量化设计分析方法，其特征在于，采用变密度法，设置所述关键位置的应力最大值、变形最大值、最小连接直径作为边界条件，对所述上横臂和所述下横臂分别进行拓扑优化，具体包括：

分别对所述上横臂和所述下横臂设置优化区和非优化区，其中，销轴位置以及加载位置设定为非优化区域，其它位置设定为优化区；

基于设定的优化区和非优化区，分别为所述上横臂和所述下横臂建立有限元模型，其中，该有限元模型采用网格离散设计，以及材料模式为变密度法；

以典型工况下的载荷作为拓扑优化的输入载荷，并设置优化区中关键位置的应力最大值、变形最大值、最小连接直径作为边界条件；

基于所述上横臂和所述下横臂体积分数最小为优化目标，通过约束典型极限工况下的上横臂和下横臂载荷加载点的合位移，分别对所述上横臂和所述下横臂进行结构的拓扑优化计算分析。