變速器殼體optistruct優化分析

採用軟體：Hyperworks軟體平台下的Hypermesh，optistruct，Hyperview

一、 建立網格模型

1，首先將ige模型文件導入hypermesh中：

2，發現模型有自由邊（紅色部分），以及螺紋等細微特徵，因此進行幾何清理，完成後的模型幾何模型如圖：

3，由於變速器殼體主要起連接作用，因此與其他部件連接的螺栓孔，不作為優化區域，需要單獨劃分出來，放入另一個組件component中：

4，劃分單元：選擇單元類型為四面體單元，尺寸為3mm，其中節點24859個，單元數量104588個。

5，定義材料，單元類型：材料有兩種，分別為鋼材和鋁合金，其中鋼材參數為：彈性模量210000Mpa，泊松比0.3，密度7.9e-9t/mm3；鋁合金參數：彈性模量69000Mpa，泊松比0.3，密度2.7e-9 t/mm3。單元類型選擇psolid。下圖給出鋼材參數的設置步驟：

6，定義模態計算階數和模態計算工況：由於計算為自由模態，因此為了避開前六階的剛體模態，模態計算頻率從0.1Hz開始，計算十階；工況設置為模態計算：1為創建工況名稱，2選擇計算類型為模態計算，3選擇模態計算範圍和階數的設置。

7，自此，即可提交計算。

二、 結果說明

2.1 材料為鋼材時的結果說明

材料為鋼材時，整個殼體質量4.635kg，除開螺栓的設計域質量4.221kg，按照減重30%的指導思想，那麼設計域優化後的質量為4.221*70%=2.95kg，故優化中定為3kg。第一階模態頻率為3325Hz，振型雲圖如下圖所示：

根據此初始結果進行優化分析，優化類型為拓撲優化，響應有兩個，分別是質量響應和第一階頻率響應，約束條件為設計域的質量最大3kg，目標函數為第一階頻率值最大。迭代39次，結果收斂。下圖為拓撲優化的密度雲圖（紅色代表材料不可去掉，藍色代表材料可去掉），從雲圖可以看出，大法蘭盤的外徑可以縮小，六個加強筋也可以弱化，而內側的小法蘭盤外徑也是可以縮小的，不過此處應該是要和另一半配合的，因此不對此處做優化。

根據優化結果，對模型做如下修改：透明的為原始結構，單元模型為修改後的模型，法蘭外徑92mm。修改後的模型設計域質量3.69kg，總質量4.104kg。減重（4.635-4.104）/4.635=11.46%。

計算優化後的模型的第一階模態，頻率值為3748Hz，提高（3748-3325）/3325=12.72%。即在減重11.46%的同時，頻率值沒有下架，反倒提高了12.72%，證明優化效果十分明顯。下圖為優化後的模態陣型雲圖：

【文章來源】技術鄰ID - 智創模擬

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