[发明专利]一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法

摘要

本发明公开了一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法，首先运用试验与模拟结合的方法完成了对标车型下控制臂的载荷提取及性能分析，在结构优化的前期应用拓扑优化手段，大幅减少不必要的材料而迅速给出设计的概念性方案，但所得到的结构轮廓较模糊，形状不规则不易于加工，有必要对其优化结果进行几何修整，然而修整后的结构会或多或少地偏离最优结构，所以需要应用形貌优化、尺寸优化、形状优化、自由形状优化等手段继续优化结构细节，以得到最优结果。最后通过对设计前后下控制臂的性能分析比较，证明了运用本设计方法可以高效经济地完成单板冲压下控制臂的轻量化优化设计。

主权项

一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法，其特征在于，首先进行对标车型下控制臂的载荷提取并通过有限元分析方法对其进行性能分析，然后以对标车各项性能为性能约束指标优化设计出满足要求的单板冲压下控制臂，对优化结果进行几何修整，得到最终设计结果；具体包括以下步骤：步骤一、提取对标车下控制臂连接点处的典型工况载荷及疲劳载荷时间历程；步骤二、运用有限元方法分析对标车型下控制臂的振动特性、刚度、强度、疲劳性能，将分析获得的性能结果作为控制臂后续结构优化设计过程的性能指标约束；步骤三、在对标车下控制臂性能指标约束下，在下控制臂设计空间内进行拓扑优化，得到待设计控制臂材料的最优分布形式；步骤四、将步骤三的结构优化结果修整成可冲压加工的结构形状；步骤五、在对标车下控制臂性能指标约束下，综合应用尺寸优化和形貌优化方法对步骤四所得结构优化设计，以确定控制臂的最佳厚度及最佳加强筋位置形状，修整结构；步骤六、在对标车下控制臂性能指标约束下，综合应用形状优化和自由形状优化方法对步骤五所得结构优化设计，以改善控制臂圆弧处应力分布和确定翻边的长度，修整结构后进行有限元性能分析，与对标车型下控制臂性能对比，得到最终设计结果；所述步骤五的具体过程如下：在对标车下控制臂性能指标约束下，以质量最轻为目标，以下控制臂厚度、下控制臂主体形状扰动为设计变量，综合应用尺寸优化和形貌优化方法对所述步骤四所得结构优化设计，以确定下控制臂的最佳厚度及最佳加强筋位置形状，对本步骤优化结果重复所述步骤四操作，修整结构；所述步骤六的具体过程如下：在对标车下控制臂性能指标约束下，以质量最轻为目标，以危险部位的弧度变化量、翻边处形状变化扰动为设计变量，综合应用形状优化和自由形状优化方法对所述步骤五所得结构优化设计，以改善下控制臂圆弧处应力分布和确定翻边的长度，对优化结果重复所述步骤四操作后进行有限元性能分析，与对标车型下控制臂性能对比，得到最终设计结果。