新的氣缸蓋輕量化理論方法

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新的氣缸蓋輕量化理論方法

采用非參數(shù)優(yōu)化方法，建立了一種新的實(shí)現(xiàn)氣缸蓋輕量化的理論方法。優(yōu)化過程包括拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化。在拓?fù)鋬?yōu)化過程中，在給定的設(shè)計(jì)空間內(nèi)設(shè)計(jì)出最佳的結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)較高的剛度，為此后的形狀優(yōu)化提供了一種有效的結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)輕量化并具有耐用的特點(diǎn)。形狀優(yōu)化基于拓?fù)鋬?yōu)化獲得的結(jié)果，并通過應(yīng)用疲勞分析軟件耦合分析得到既輕量又能滿足高循環(huán)疲勞強(qiáng)度的詳細(xì)形狀。除高循環(huán)疲勞強(qiáng)度要求外，各種限制因素也應(yīng)被考慮在內(nèi)，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(shè)計(jì)空間和給定負(fù)荷邊界條件的有限元模型，拓?fù)鋬?yōu)化過程確定哪些單元有助于該結(jié)構(gòu)的整體剛度，根據(jù)算法確定設(shè)計(jì)空間內(nèi)單元的去留，保留下來的單元即構(gòu)成最終的拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)構(gòu)，確定新的材料分布，從而實(shí)現(xiàn)拓?fù)鋬?yōu)化。體積、應(yīng)變能和位移等各種設(shè)計(jì)響應(yīng)可以作為拓?fù)鋬?yōu)化的目標(biāo)函數(shù)和約束，此研究設(shè)計(jì)的應(yīng)變能作為一個(gè)參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)來控制和評(píng)估所分析目標(biāo)的剛度。形狀優(yōu)化是修改部件的表面參數(shù)，使某一目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)最小化或最大化；非參數(shù)形狀優(yōu)化在有限元模型劃分模型上直接進(jìn)行。

優(yōu)化結(jié)果表明，通過新理論方法設(shè)計(jì)的氣缸蓋可以減重14％。此結(jié)果驗(yàn)證了所建立的設(shè)計(jì)理論方法對(duì)于減輕氣缸蓋質(zhì)量并滿足各種設(shè)計(jì)要求的實(shí)用有效性。

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

編譯：牛妍妍