基于拓扑优化的发动机油底壳设计研究.pdf

汽车实用技术
2017年第12期
设计研究
AUTOMOBILE APPLIED TECHNOLOGY
2017N0.12
10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.12.009
基于拓扑优化的发动机油底売设计研究
李欢,胡昌良
(安徽江淮汽车集闭股份有限公司,安徽合肥230601)
摘要:以某发动机汕底盘为研究对象,对其进行拓扑优化,以期最大程度提升其一阶约東模态频率,同时满足生
产制造工艺的要求。拓扑优化采用 Optistruct软件,通过对油底楹3D模划分限元网格、选定优化区域,并设定
加强筋利优化参数,经优化计算得到合理的加强筋布置结构。优化后的油底盘刚度得到大幅提升,模态频率增大
了约54%,取得了较好的优化效果。
关键词:油底盘;拓扑优化;模态
中图分类号:U464文献标识码:A文章编号:1671-7988(2017)12-25-03
Research on the design of engine oil sump based on topology optimiz ation
Li Huan, Hu Changliang
(Anhui jianghuai automobilc group co, LTD, Anhui Hcci 230601)
Abstract: taking a certain cnginc oil chassis as the rescarch object, and on the topology optimi/ation, in ordcr to ascend to
the greatest cxtent onc ordcr constraint modal frcqucncy, at the samc timc satisfy the rcquircmcnt of manufacturc craft
opology optimization using Optistruct software, through to the oil chassis 3 d model grid division limit, the selected
optimization arca, and sct to strengthen and optimize the paramctcrs, reasonable stilicncr layout structurc is calculatcd by
optimization. The optimized oil chassis stiffness was greatly improved, and the modal frequency increased by about 54%,
and the optimized results were achieved
Keywords: oil chassis; Topology optimization; The modal
CLC NO: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2017)12-25-03
合理布置加强筋米提升其刚度和频率,从而减少其辐射噪声。
概述
木文应用拓扑优化的方法对某发动机油底盘进行优化,通过
随着汽车工业的发展,安全性和耐久性己成为汽车部件优化加强筋的布置,提升盖板的模态频率,从而达到降低辐
最为基本的要求,而考虑到乘人员感受的舒适性越来越受射声的日的
到重视。NVH作为衡量斜适性的关键指标,在产品开发中的
拓扑优化方法简介
地位也愈发重要。发动机的汕底盘主要用来盛放发动机润滑
机油,其一般为薄壁平板结构,是发动机的主要噪卢源,对
拓扑优化的基本原理是在一个给定的设计空间里寻求材
发动机的NVH有较大的贡献。目前油底盘的设计主要考虑料的合理分布方式,得到某一变量的极值。拓扑优化的主要
系统的密封性,设计的随意性比较大,常常带来较为严重的方法包括变密度法、渐进结构优化方法和水平集方法等。
NVH问题,影响发动机产品的品质。油底盘的优化主要通过目前以变密度方法应用最为广泛,尤其在汽车领域得到了很
大的推广。本文中对发动机汕底盘的优化也采用变密度法。
作者简介:李欢,就螟于安微江淮汽车集团股份有限公司。
变密度法是根据均匀化方法得到的一种有效的结构优化方
万方数括
17年第12期
李欢等:基于拓扑优化的发动机油底壳设计研究
法,其不引入微结构,而是赋予单元0-1的假想密度,通过
油底盘材料为铝合金,其蝉性模量为69GPa,泊松比
不断达代的过程,保留密度大的单元,删除密度小的单元,0.33,密度为2710kg/m。考虑到汕底盘实际安装状态,将油
从而得到最终的优化区域。
底絀与发动机缸体安装面进行约東。
同其它类型优化方法一样,拓扑优化是寻找参数最佳设
定以满足一定数日约束下的特定目标最大化(最小化或趋近3油底盘拓扑优化
设定值)。在数学上可以归结为如下问题
拓扑优化的流程如下图所示,计算软件采用 Alair
F
mimic F(X
Hypcrworks
Subject to g(x)≤0
建立网格分析模型
XI其中F(x)是优化目标函数,本文中是以油底売频率为最
「定义分析区城
大目标。
g(x)是约束方程组
定义优化目标和的束国数
x是设计变量,密度法中即设计卒间中单元的密度,取
值范围为(O0,1
化计
2油底盘有限元模型
优化结果结构构造
拓扑优化的第一个步骤就是定义优化区域(即可以进行
代化后的品
优化的部位),也就是前面提到的设计空间。在网格制作模型
图3拓扑优化流程图
的过程中,需要把一个部件上能够优化的部位和不能优化的
优化目标即优化的方向,一般目标是某变量最大或最小
部位要分开,対需要优化的部分定义単独的单元集合,指定如质量m最小、頻率最大等?。汕底盘拓扑优化目标定义
为设计区域。设计区域的网格尺」需要综合考虑计算规模和为一阶模态频率G最大。
优化效果,不能过小也不能过大,一般要求处于特征尺的
最后根据制造工艺还可以定义筋的样式,包括筋宽w
1/2~1/5即可。
筋高h、起筋角度θ和起筋方向等?。
汕底盘设计首先根据发动机在整车上的布置和润滑系统
经过多轮次达代计算得到优化结果如图4所示。可以看
需求的润滑油量定义好共外形尺,基础结构按基本壁厚设出拓扑优化得到是一个比较粗略的材料分布结果,优化完成
计,不用设计加筋结构,此部分是不进行优化部位。内部空后还需要对优化的节点进行曲面重构,得到满足工艺要求的
可则需要避开与其它部件的干涉,据此定义好设计空间,如优化结构如图5。
下图所示,其中統色为基础结构,黄色为优化空间。三维模
型采用ProE完成
图4拓扑优化结果
图5最终三维模型
图1油底盘优化几何结构
4结果分析
对以上几何模型划分网格,蓝色区域网格尺」设定为
3-4mm。根据铸造要求,最小筋厚度为5mm,因此设定优化
对未加筋和拓扑优化加筋方案进行模态分析,比较其
区域网格尺小为2mm。整个模型总共划分32000个单元。阶模态烦率结果
图2有限元网格
图6未加筋一阶模态
图7拓扑优化方案一阶模态
万方数括