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新的氣缸蓋輕量化理論方法

采用非參數優化方法，建立了一種新的實現氣缸蓋輕量化的理論方法。優化過程包括拓撲優化和形狀優化。在拓撲優化過程中，在給定的設計空間內設計出最佳的結構，并實現較高的剛度，為此后的形狀優化提供了一種有效的結構，可實現輕量化并具有耐用的特點。形狀優化基于拓撲優化獲得的結果，并通過應用疲勞分析軟件耦合分析得到既輕量又能滿足高循環疲勞強度的詳細形狀。除高循環疲勞強度要求外，各種限制因素也應被考慮在內，如墊片接觸壓力的功能性約束和最小壁厚或脫底模制造工藝的局限性。

基于包含幾何設計空間和給定負荷邊界條件的有限元模型，拓撲優化過程確定哪些單元有助于該結構的整體剛度，根據算法確定設計空間內單元的去留，保留下來的單元即構成最終的拓撲優化結構，確定新的材料分布，從而實現拓撲優化。體積、應變能和位移等各種設計響應可以作為拓撲優化的目標函數和約束，此研究設計的應變能作為一個參數的目標函數來控制和評估所分析目標的剛度。形狀優化是修改部件的表面參數，使某一目標函數實現最小化或最大化；非參數形狀優化在有限元模型劃分模型上直接進行。

優化結果表明，通過新理論方法設計的氣缸蓋可以減重14％。此結果驗證了所建立的設計理論方法對于減輕氣缸蓋質量并滿足各種設計要求的實用有效性。

Shohei Mikami et al. SAE 2015-01-0495.

編譯：牛妍妍