面向增材制造的汽车轴承支座轻量化设计

摘要

拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合使轻量化设计拥有无限可能，而增材制造技术使其制造成为可能，极大推动了其发展应用的可能性。将拓扑优化和晶格填充2种轻量化方法结合对汽车轴承支座进行轻量化设计，采用变密度拓扑优化技术建立SIMP-刚度材料密度插值模型优化轴承支座的材料密度分布，划分出0～0.4、0.4～0.8、0.8～1.0三个相对密度区间，以相对密度为0.2、0.6、1.0的体心立方晶格结构对应3个相对密度区间区域进行填充，组装整合得到轻量化设计的汽车轴承支座。通过有限元分析其安全性能，结果表明：轴承支座的整体应力应变梯度分布均匀，材料利用率提高，最大应力由原始模型的215 MPa转变为356 MPa，仍满足使用要求，而质量相对于原始模型降低53.89%，达到轻量化效果。该设计思路为航空航天、汽车船舶等领域的机械结构轻量化提供了一种有效实用的新方法。

关键词

汽车轴承支座 / 变密度拓扑优化 / 相对密度 / 晶格结构 / 轻量化

基金资助

国家自然科学基金(62004050,52165056); 广西自然科学基金(2019JJD160010); 广西科技基地和人才专项（2021AC18026）; 广西制造系统与先进制造技术重点实验室基金(17-259-05-018Z）; 广西青年教师教育项目(2020KY05020); 桂林电子科技大学研究生优秀学位论文培育项目(YCBZ2021073);桂林电子科技大学研究生教育创新计划(2021YCXS001); 广西研究生教育创新计划(YCSW2022287,YCBZ2022114,YCBZ2021073); 国家级大学生创新创业训练计划（202010595172）