創(chuàng)建組合工況,采用加速度加載的仿真方法,基于變密度法和"包裹面"方案對電動物流車蓄電池支架進行結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化,并通過尺寸優(yōu)化對支架進行輕量化設(shè)計,得到符合性能和輕量化要求的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。仿真結(jié)果表明,優(yōu)化后的蓄電池支架整體剛度提高了10.5%,總質(zhì)量降低了29.2%。
【部分圖文】：

蓄電池支架選用型材焊件，與車架通過螺栓連接，由托架、后護板、側(cè)肋板、固定板、固定架和固定掛鉤組成。利用前處理軟件HyperMesh建立了蓄電池支架優(yōu)化前的有限元模型，如圖1所示。模型采用殼單元劃分，網(wǎng)格為3 mm×3 mm，單元數(shù)共計11 881個，單元總計節(jié)點數(shù)為12 632，采用rbe2剛性連接。蓄電池支架的材料為Q235A鋼，材料屬性如表1所示。1.2 建立工況載荷和約束

在以柔度最小化為目標的拓撲優(yōu)化中，約束為支架的質(zhì)量，變量為單元密度。其優(yōu)化結(jié)果雖然大幅減重，但是最大位移出現(xiàn)在托架前端，位移增大，不滿足優(yōu)化要求，且材料減重分布不均勻，導致加工制造困難。在以體積最小化為目標的拓撲優(yōu)化中，約束支架的最大位移，間接約束其剛度，變量為單元密度。優(yōu)化結(jié)果顯示最大位移有所減小，但最大應力有所增加。得到圖2a桁架式結(jié)構(gòu)，不滿足工藝和成本的要求。由于原始模型可優(yōu)化區(qū)域較小，在原始模型上優(yōu)化，可能得不到最優(yōu)解。文中提出一種“包裹面”的拓撲優(yōu)化方法，在不改變蓄電池支架安裝等功能前提下，對可設(shè)計區(qū)域進行填充以及部分擴大。優(yōu)化目標為柔度最小化，約束為包裹面的質(zhì)量。將原蓄電池支架的結(jié)構(gòu)用面包裹起來，結(jié)構(gòu)上不改變蓄電池支架的主要尺寸，考慮到支架的固定方式以及蓄電池的安裝，在包裹面上增加固定板。由于固定板的兩孔為螺栓連接，考慮螺栓預緊力的影響，在固定板掛鉤的兩孔處施加大小為10 N，方向為-z的預緊力。包裹面有限元模型如圖3a所示，拓撲優(yōu)化結(jié)果如圖3b所示，拓撲優(yōu)化材料分布質(zhì)量較好，由于施加了預緊力，固定板的結(jié)構(gòu)完整保留。

由于原始模型可優(yōu)化區(qū)域較小，在原始模型上優(yōu)化，可能得不到最優(yōu)解。文中提出一種“包裹面”的拓撲優(yōu)化方法，在不改變蓄電池支架安裝等功能前提下，對可設(shè)計區(qū)域進行填充以及部分擴大。優(yōu)化目標為柔度最小化，約束為包裹面的質(zhì)量。將原蓄電池支架的結(jié)構(gòu)用面包裹起來，結(jié)構(gòu)上不改變蓄電池支架的主要尺寸，考慮到支架的固定方式以及蓄電池的安裝，在包裹面上增加固定板。由于固定板的兩孔為螺栓連接，考慮螺栓預緊力的影響，在固定板掛鉤的兩孔處施加大小為10 N，方向為-z的預緊力。包裹面有限元模型如圖3a所示，拓撲優(yōu)化結(jié)果如圖3b所示，拓撲優(yōu)化材料分布質(zhì)量較好，由于施加了預緊力，固定板的結(jié)構(gòu)完整保留。2.2 二次設(shè)計及尺寸優(yōu)化
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本文編號：2858290