Тема: Разработка конструкций опор силового агрегата методом топологической оптимизации с целью повышения жесткости и снижения массы

В любом транспортном средстве двигатель опирается на кронштейны, которые соединяются с шасси посредством резиновых демпфирующих элементов. Следовательно, во время его эксплуатации, нежелательные вибрации, создаваемые двигателем, а также и качеством дорожного полотна могут непосредственно передаваться в раму через кронштейны. Это может привести к дискомфорту для водителя и пассажиров в автомобиле. Когда рабочая частота или возмущение приближается к собственной частоте тела, амплитуда вибраций увеличивается. Это явление называется резонансом. Это увеличение наиболее сильно в низкочастотных диапазонах до 50 Гц. Следовательно, демпфирование этих вибраций двигателя становится важной функцией для кронштейнов.
Одной из наметившихся тенденций при разработке деталей и узлов, является широкое применение методов топологической оптимизации. Самым распространенным подходом в оптимальном проектировании является использование параметризованной модели, позволяющей проводить варьирование некоторых размеров в заданных пределах при соблюдении наложенных условий, которыми, в частности, могут являться заданный уровень напряжений или запасов прочности.
Топологическая оптимизация - это метод, который позволяет изменить форму рассматриваемого элемента или объекта путем изменения его геометрии. Данный метод является математической задачей, основная цель которой состоит в поиске распределения материала по площади или объему .
Оптимизация топологии уравновешивает использование материала против жесткости детали. За последние два года она приобрела популярность благодаря своей доступности в программном обеспечении с автоматизированным дизайном (САПР), которое является простым в использовании и доступным. Кроме того, оптимизация великолепна при создании прочных, легких деталей с меньшим количеством материала.
В последние годы топологическая оптимизация заняла место полноправного метода для проектирования новых изделий и улучшения существующих конструкций. Накопленный практический опыт применения топологической оптимизации позволяет сформулировать такие преимущества метода, как:
- снижение массы несущих конструкций без потери жёсткости и прочности - до 70% с применением аддитивных технологий, до 40% - без АТ;
- в 3-7 раз повышение жесткости и прочности без увеличения массы (с АТ), в 2-5 раз - без аддитивных технологий;
- изменение собственных частот конструкций в разы (эффективная отстройка от резонанса).
Цель работы: разработать конструкции опор силового агрегата методом топологической оптимизации с целью повышения жесткости и снижения массы.
Задачи:
- обзорный материал по методам топологической оптимизации в автомобильной отрасли;
- исследовать механизмы топологической оптимизации реализованные в пакете NX Advanced Simulation применительно к типовой модели (кронштейн);
- определить режимы нагружения кронштейна;
- провести топологическую оптимизацию для получения формы с точки зрения минимальной массы и равнопрочности;
- сделать образцы по результатам расчета и провести сравнительный эксперимент.


Купить

Была проведена разработка конструкций опор силового агрегата с использованием метода топологической оптимизации. Была достигнута цель повышения жесткости, а также снижение массы детали. Передняя опора изначально имела вес 3.57 кг, после проведение нескольких итераций с использованием метода топологической оптимизации было снижение массы детали до 2.18 кг, разница составляет 1.39 кг. Задняя опора изначально имела вес 2.49 кг, после проведенных улучшений вес составил 1.96 кг.
Оптимизация кронштейна навески двигателя предпринята применяя определенные изменения в его дизайне и форме. После сравнение результатов, полученных из проведенного анализа, пришел к выводу, что найдена успешная попытка оптимизации.
Модифицированная конструкция кронштейна имеет на 39% и 23% меньше вес, чем начальная не оптимизированная геометрия. Это приводит к экономию материала и общему снижению затрат. Была достигнута цель повышения жесткости и уменьшения массы детали.

Купить