[发明专利]一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法

权利要求书

1.一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法，其特征在于，首先进行对标车型下控制臂的载荷提取并通过有限元分析方法对其进行性能分析，然后以对标车各项性能为性能约束指标优化设计出满足要求的单板冲压下控制臂，对优化结果进行几何修整，得到最终设计结果；具体包括以下步骤：

步骤一、提取对标车下控制臂连接点处的典型工况载荷及疲劳载荷时间历程；

步骤二、运用有限元方法分析对标车型下控制臂的振动特性、刚度、强度、疲劳性能，将分析获得的性能结果作为控制臂后续结构优化设计过程的性能指标约束；

步骤三、在对标车下控制臂性能指标约束下，在下控制臂设计空间内进行拓扑优化，得到待设计控制臂材料的最优分布形式；

步骤四、将步骤三的结构优化结果修整成可冲压加工的结构形状；

步骤五、在对标车下控制臂性能指标约束下，综合应用尺寸优化和形貌优化方法对步骤四所得结构优化设计，以确定控制臂的最佳厚度及最佳加强筋位置形状，修整结构；

步骤六、在对标车下控制臂性能指标约束下，综合应用形状优化和自由形状优化方法对步骤五所得结构优化设计，以改善控制臂圆弧处应力分布和确定翻边的长度，修整结构后进行有限元性能分析，与对标车型下控制臂性能对比，得到最终设计结果；

所述步骤五的具体过程如下：

在对标车下控制臂性能指标约束下，以质量最轻为目标，以下控制臂厚度、下控制臂主体形状扰动为设计变量，综合应用尺寸优化和形貌优化方法对所述步骤四所得结构优化设计，以确定下控制臂的最佳厚度及最佳加强筋位置形状，对本步骤优化结果重复所述步骤四操作，修整结构；

所述步骤六的具体过程如下：

在对标车下控制臂性能指标约束下，以质量最轻为目标，以危险部位的弧度变化量、翻边处形状变化扰动为设计变量，综合应用形状优化和自由形状优化方法对所述步骤五所得结构优化设计，以改善下控制臂圆弧处应力分布和确定翻边的长度，对优化结果重复所述步骤四操作后进行有限元性能分析，与对标车型下控制臂性能对比，得到最终设计结果。

2.按照权利要求1所述的一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法，其特征在于，所述步骤一的具体过程如下：

1.1)根据对标车型的悬架性能参数建立其多体动力学模型；

1.2)将典型工况下的轮胎接地力输入悬架多体动力学模型，获得下控制臂连接点处典型工况静载荷；

1.3)将对标车实车道路试验获得轮心六分力信号输入悬架多体动力学模型，获得下控制臂连接点处的疲劳载荷时间历程。

3.按照权利要求1所述的一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法，其特征在于，所述步骤二的具体过程如下：

2.1)对对标车几何模型进行网格划分，设定材料属性参数，建立有限元模型；

2.2)将下控制臂连接点处典型工况静载荷输入步骤2.1)所建有限元模型，分析得到对标车下控制臂的刚度、强度；

2.3)将下控制臂连接点处的疲劳载荷时间历程输入步骤2.1)所建有限元模型，分析得到对标车下控制臂的疲劳性能；

2.4)在步骤2.1)所建有限元模型中设置特征值提取卡片，进行元自由模态分析，得到对标车下控制臂的振动特性；

2.5)将以上有限元分析获得的性能结果作为待设计下控制臂的性能指标约束。

4.按照权利要求1所述的一种单板冲压下控制臂的轻量化优化设计方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程如下：

3.1)在对标车下控制臂不与悬架其他构件发生干涉的区域内，确定待设计下控制臂设计空间后建立有限元模型；

3.2)对步骤3.1)建立的有限元模型施加工艺约束，在各性能指标的约束下，以质量最轻为目标，以单元密度为设计变量，对下控制臂进行拓扑优化，得到待设计下控制臂材料的最优分布形式。