基于solidThinking的副仪表板支撑铝架拓扑优化

本项目拓扑优化是基于某项目的副仪表板总成进行的，处于产品设计阶段，由于相关的环境件还没有完全确定，因此，可优化的空间很大。

   考虑到副仪表板总成结构复杂，零部件较多，前期如果将副仪表板总成全部抽取中面，划分网格，势必会用很多时间，因此，简化模型，直接对副仪表板支撑铝架进行拓扑优化，后期再对总成就行优化分析。

   Altair Inspire中的拓扑优化功能非常强大，基于无网格的拓扑优化，可以节约大量时间。

  副仪表板总成结构如图1所示：

图1 副仪表板总成结构图

  支撑铝架结构如图2所示：

图2 支撑铝架结构图

   本次是基于副仪表开启状态工况，在扶手顶端施加400N载荷，同时考虑相关部件重力载荷作用，对支撑铝架结构进行拓扑优化。

   首先将支撑铝架几何模型导入Altair Insprire中，接着，对底部8个安装孔施加固定约束，同时采用对称形状控制。接着模拟副仪表开启状态工况施加载荷的位置建立主控点，对支撑铝架4个装配孔进行耦合（由于环境件本身具有一定刚性，因此耦合方式选择刚性耦合，即考虑力矩作用）。模型设置如图3所示：

图3 支撑铝架模型设置图示

   本次选择的单位为MPA(mm t N s)

   优化设置的质量目标分别为10、20、30、40（看看每种质量目标对结果的影响），如图4所示：

图4 优化设置

   由于几何模型及相关环境件没有全部确定，因此优化还存在一些缺陷，比如模态是否满足目标等，但是通过拓扑优化，至少知道主体结构造型，对后期的设计可以提供帮助。

   优化结果如图5所示：

图5 优化结果

   如果考虑最低一阶模态为30Hz（主要是展示结果），质量目标为10%，优化结果如图6所示：

图6 含一阶模态的优化结果

   最后，在HyperMesh中进行拓扑优化，其结果如图7所示：

图7 OptiStruct优化结果

   对比分析二者优化结果，因为Inspire中有一些简化，因此，二者结果稍微有所不同，但是相似度可达90%左右，如图8所示：

图8 Inspire and OptiStruct 对比结果   

   最终，考虑到相关环境件、铝合金成型工艺、模态等因素，结合拓扑优化结果，支撑铝架3D数据如图9所示：

图9 最终支撑铝架结构图

   优化前后，支撑铝架结构前后减重40%左右。

   结束语：Inspire无网格结构优化，操作方便，如果考虑合理，其优化结果与实际产品吻合度相当高，为前期结构设计带来非常大的优势，同时节约了大量时间。

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