基于OptiStruct的重型卡车空气悬架片杆支架优化设计.docxVIP

Altair2015技术大会论文集

基于OptiStruct的重型卡车空气悬架片杆支架优化

设计

郑轩

（陕西重型汽车有限公司西安710200）

摘要：本文通过对重型卡车空气悬架片杆支架的设计为例，介绍Altair公司的OptiStruct

优化工具在设计中的功能以及应用方法。最终，通过对比强度性能，优化后的模型由于原模

型。

关键词：结构优化空气悬架片杆支架OptiStruct

Abstract:Thisarticlethroughtheairsuspensionoftheheavytrunkasdesign

examination,introducingthefunctionandapplicationmethodwhenusingOptiStruct

optimizationsoftwareofAltair.ultimately,throughthestrengthperformancecomparison,

themodelwhichOptiStructoptimizationsoftwareoptimizedisbetterthanbefore

Keywords:structureoptimization，air-suspension，piecesupport，OptiStruct

1概述

轻量化设计现在风靡汽车行业，尤其在重型卡车行业。重型卡车整车底盘系统中的支架

过于笨重粗大，设计强度富余。空气悬架由于可升降、行驶平稳以及重量轻等优势被越来越

多的人所接受，同时也是重卡悬置的未来趋势，空气悬架中重要的一个零件就是片杆支架，

因此，为了不降低重型卡车性能要求并且实现其整体轻量化，结合铸造工艺要求，通过Altair

公司产品OptiStruct的优化手段对片杆支架进行拓扑优化设计。

2现有空气悬架系统

如图1所示为重卡空气悬架部分装配体，图中片杆支架的作用主要是支撑拉板和管梁作用，

如图中所示，片杆支架结构粗壮，安装孔多。

图1重型卡车空气悬架总成

-1-

Altair2015技术大会论文集

3拓扑优化设计

3.1设计拓扑空间

根据原始片杆支架模型，结合原模型边界与其余零部件无装配干涉以及安装孔，定位面

等对原模型进行填充，形成拓扑区域，如下图2正视图所示。

原模型拓扑空间

图2正视图

3.2拓扑工况

对于片杆支架，在使用中主要考虑整车在行驶中的如下表1所示四种工况的强度。

表1片杆支架使用工况统计

工况载荷

垂向工况整车Z向-3.5G提载

转向工况整车Y向0.6G提载

制动工况整车X向-1G提载

扭转工况车架扭转提载

3.3拓扑结果

对此片杆支架，所采用的材料为QT450-10，密度为7.3×10-9t/mm3，取杨氏弹性模量

为147000MPa，泊松比为0.3，由于其结构较厚，考虑到铸造工艺不好实现，OptiStruct

工具中有专门的对铸造工艺分模的设置，此次使用split即双面拔模的约束。第一轮优化如

下图3所示黄色部分为拓扑区域。结合第一轮拓扑结果开始建模，由于中间部位平面较大，

可以考虑对其进行局部特征优化，对其进行第二次拓扑分析，黄色部分为拓扑区域，最终的

-2-

Altair2015技术大会论文集

拓扑结果如图4所示。结合最终结果重新绘制CAD模型，最终优化后的模型如图5所示。

图3第一轮拓扑区域及结果

图4第二轮拓扑区域及结果

-3-

Altair2015技术大会论文集

图5优化后最终模型

4工艺分析

由于在前期开始拓扑时已考虑到工艺成型因此，并在绘制CAD模型时科学的制定厚

度，最终经过铸造工艺工程师考虑下表2铸造成型时易出现的缺陷，认定优化后的模型铸

造可行。

表2铸造工艺分析统计

铸造工艺说明结论

最小壁厚

最小壁厚为10mm，满足最小

壁厚要求

热节无直角拐角，无热节风险

拔模策略双面拔模，可实现

模型整体性好，

缩孔缩松

整体板厚较均匀，无缩孔缩松

风险

通体壁厚均匀，

铸造可行

铸造变形

模型未有开放分支，整体刚度

好，满足要求

不同厚度筋的过渡过渡平滑，无暴力连接特征

-4-

Altair2015技术大会论文集

5性能对比

对原模型及最终优化模型进行如表1所示工况分析，分析结果如图6所示

图6片杆支架原模型与优化模型应力云图

表3强度结果统计

工况原模型最大应力（MPa）优化后模型最大应力（MPa）提升程度

垂向工况249.5157.536.80%

转向工况267.71