汽车差速器壳体轻量化设计的拓扑优化与疲劳分析

汽车差速器壳体轻量化设计的拓扑优化与疲劳分析

资源节约和环境友好是21世纪世界各国汽车工业亟待解决的关键问题。经验证如果整车质量减轻10%，燃油消耗率可以提高6%～8%。对于传统动力和混合动力汽车来说轻量化设计对于降低油耗和环境友好至关重要，并且不能以牺牲汽车耐久性为代价。本文主要是介绍应用于轻质量和确保产品寿命的车辆差速器壳体的设计方法。

本文的重点包括两个方面：1.对汽车差速器壳体进行了拓扑优化和疲劳分析。采用有限元法（FEA）模拟差速器壳体受约束的应力，采用拓扑优化的方法设计结构的外形，降低质量，通过优化技术发现差速器壳体应力较小区域，减小该区域质量。采用带惩罚的变密度法（SIMP）选择汽车差速器壳体优化参数（设计变量、响应、目标函数和约束）以达到轻量化设计的目的。优化结果表明，带惩罚的变密度法（SIMP）可以实现汽车差速器壳体质量减轻25%。

2.在设计阶段采用疲劳分析来预测部件的使用寿命，分析比较了拓扑优化得到的两种轻量化构件的疲劳寿命和损伤情况，应力值高时寿命相对较低。比较了两种不同应力范围内的疲劳寿命，得出了在最小应力范围内的最佳设计寿命随最大应力的增大而增大的结论。预期的研究方法将有助于降低质量和延长产品寿命。

刊名：SAE（英）

刊期：2017年第1期

作者：Waqas Shaikh

编译：陈若龙