新的气缸盖轻量化理论方法



新的气缸盖轻量化理论方法

采用非参数优化方法，建立了一种新的实现气缸盖轻量化的理论方法。优化过程包括拓扑优化和形状优化。在拓扑优化过程中，在给定的设计空间内设计出最佳的结构，并实现较高的刚度，为此后的形状优化提供了一种有效的结构，可实现轻量化并具有耐用的特点。形状优化基于拓扑优化获得的结果，并通过应用疲劳分析软件耦合分析得到既轻量又能满足高循环疲劳强度的详细形状。除高循环疲劳强度要求外，各种限制因素也应被考虑在内，如垫片接触压力的功能性约束和最小壁厚或脱底模制造工艺的局限性。

基于包含几何设计空间和给定负荷边界条件的有限元模型，拓扑优化过程确定哪些单元有助于该结构的整体刚度，根据算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终的拓扑优化结构，确定新的材料分布，从而实现拓扑优化。体积、应变能和位移等各种设计响应可以作为拓扑优化的目标函数和约束，此研究设计的应变能作为一个参数的目标函数来控制和评估所分析目标的刚度。形状优化是修改部件的表面参数，使某一目标函数实现最小化或最大化；非参数形状优化在有限元模型划分模型上直接进行。

优化结果表明，通过新理论方法设计的气缸盖可以减重14％。此结果验证了所建立的设计理论方法对于减轻气缸盖质量并满足各种设计要求的实用有效性。

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

编译：牛妍妍