汽車差速器殼體輕量化設計的拓撲優化與疲勞分析

汽車差速器殼體輕量化設計的拓撲優化與疲勞分析

資源節約和環境友好是21世紀世界各國汽車工業亟待解決的關鍵問題。經驗證如果整車質量減輕10%，燃油消耗率可以提高6%～8%。對于傳統動力和混合動力汽車來說輕量化設計對于降低油耗和環境友好至關重要，并且不能以犧牲汽車耐久性為代價。本文主要是介紹應用于輕質量和確保產品壽命的車輛差速器殼體的設計方法。

本文的重點包括兩個方面：1.對汽車差速器殼體進行了拓撲優化和疲勞分析。采用有限元法（FEA）模擬差速器殼體受約束的應力，采用拓撲優化的方法設計結構的外形，降低質量，通過優化技術發現差速器殼體應力較小區域，減小該區域質量。采用帶懲罰的變密度法（SIMP）選擇汽車差速器殼體優化參數（設計變量、響應、目標函數和約束）以達到輕量化設計的目的。優化結果表明，帶懲罰的變密度法（SIMP）可以實現汽車差速器殼體質量減輕25%。

2.在設計階段采用疲勞分析來預測部件的使用壽命，分析比較了拓撲優化得到的兩種輕量化構件的疲勞壽命和損傷情況，應力值高時壽命相對較低。比較了兩種不同應力范圍內的疲勞壽命，得出了在最小應力范圍內的最佳設計壽命隨最大應力的增大而增大的結論。預期的研究方法將有助于降低質量和延長產品壽命。

刊名：SAE（英）

刊期：2017年第1期

作者：Waqas Shaikh

編譯：陳若龍