作为汽车动力系统的重要组成部件，悬置支架的主要作用是支撑发动机，有效阻隔发动机向车架传递振动。如果悬置支架强度不足，在汽车行驶中会造成悬置支架断裂，严重影响汽车的安全。同时，在悬置系统中，悬置支架质量占总质量的80%-90%，成本占总成本的60%-80%。因此，对悬置支架进行设计时，既要满足多种工况下的强度分析，又要控制其质量，国内许多学者对多工况下的拓扑优化进行大量研究。利用拓扑优化分析，解决悬置支架在路试中失效的问题，但是没有考虑悬置本身的质量。本研究以某汽车研发阶段的悬置支架为分析对象，利用Abaqus软件计算得到悬置支架的应力大小和分布云图，在此基础上对不满足强度要求的悬置支架进行多工况的拓扑优化分析，并根据优化结果，设计满足工艺和制造要求的结构，最终使悬置支架在不增加质量的前提下满足强度设计的目标。
      根据悬置支架的结构特点，对整个悬置支架采用2阶四面体单元C3D10M，单元总数量为290501个，有限元模型见图。悬置支架为铸铝件，材料为ZL104，悬置托臂为铸铁件，材料为QT450。计算时只考虑材料的线弹性性能，材料属性见表。用于考察悬置支架强度的载荷工况见表。在悬置支架上施加载荷，在悬置托臂的螺栓孔处约束123456，将模型处理后提交至Abaqus求解器进行计算，利用Abaqus后处理查看悬置支架的应力大小和分布等，悬置支架的强度计算结果见表，悬置支架的应力分布云图见图。由表可知，悬置托臂在5种工况下都满足强度要求，悬置支架在工况2和5这2种工况下的最大应力分别是150和170MPa，超过材料的屈服极限124MPa，不满足强度要求。
      对不满足强度要求的悬置支架进行拓扑优化分析，在不增加悬置支架质量的前提下，合理优化结构，使支架应力分布更加均匀，降低支架的最大应力，避免局部区域应力集中过大，从而使支架满足强度设计要求。连续体拓扑优化方法主要有变厚度法、变密度法和均匀化理论等，本研究的拓扑优化方法基于变密度法。所谓变密度法，即人为引入一种假想的相对密度在0-1之间可变的材料，假设设计材料的宏观弹性常量与其密度的非线性关系，采用惩罚因子约束抑制介于0-1之间的单元，在一定的材料用量条件下，寻找具有某种度量的最大刚度的结构材料最佳分布形式，以结构的柔度作为目标函数，体积为约束，优化区域作为拓扑优化的基础，应根据零件的安装边界决定。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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