CAE于試驗(yàn)承重臺(tái)優(yōu)化中的應(yīng)用
1、概述
某試驗(yàn)測(cè)試臺(tái)主要用于測(cè)量汽車整車狀態(tài)下各車輪軸荷及質(zhì)心位置（圖1上）。測(cè)量時(shí)，汽車需行駛至承重臺(tái)上。由于試驗(yàn)臺(tái)面與車輪輪胎接觸面積較小，極易造成試驗(yàn)臺(tái)面的彎曲變形，從而影響測(cè)量精度，因此臺(tái)面在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證具有良好的抗彎特性。
根據(jù)測(cè)試臺(tái)的精度要求，試驗(yàn)臺(tái)面的最大變形量應(yīng)小于0.5mm。試驗(yàn)臺(tái)面初始設(shè)計(jì)方案（圖1下）主要由底部平板和兩側(cè)的護(hù)板兩大部分組成。底部平板主要用于承載車輪重量，選用厚度為8mm的鋼板，兩側(cè)的狹長(zhǎng)護(hù)板則主要用于防止車輪的側(cè)向滑動(dòng)。初始設(shè)計(jì)方案確定后，應(yīng)用HyperWoks強(qiáng)大的仿真分析能力進(jìn)行結(jié)構(gòu)的性能預(yù)測(cè)。
圖1測(cè)試臺(tái)及臺(tái)面
2、有限元模型建立
根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案應(yīng)用HyperMesh建立試驗(yàn)臺(tái)的有限元模型?？紤]到臺(tái)面兩側(cè)護(hù)板的主要功能并非用于承載重量，因此模型中對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理。
由于不同車型的軸距不同，因此其車輪在臺(tái)面上的接觸位置也不同，因此在臺(tái)面上選擇了5個(gè)典型位置（圖2）進(jìn)行加載。
圖2有限元模型
（1）初始方案結(jié)果
由初始設(shè)計(jì)方案位移云圖（圖3）可知，五個(gè)加載位置（長(zhǎng)度方向中間對(duì)稱）中車輪在中間位置時(shí)臺(tái)面的變形最大，最大變形量為6.64mm不能滿足設(shè)計(jì)要求。
圖3初始方案結(jié)果
（2）優(yōu)化方案
根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)面周圍空間允許情況，考慮對(duì)臺(tái)面進(jìn)行底部加強(qiáng)的可行方案。為了使材料分布更加合理，分析時(shí)采用HyperWorks系統(tǒng)中OptiStruct模塊下的拓?fù)鋬?yōu)化方法，進(jìn)行關(guān)鍵傳力路徑的識(shí)別。
從拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果可以看出，試驗(yàn)臺(tái)面關(guān)鍵傳力路徑呈現(xiàn)“五橫六縱”狀態(tài)（圖4）。識(shí)別出關(guān)鍵路徑后，選取矩形空心型鋼在關(guān)鍵路徑部位進(jìn)行加強(qiáng)，并形成工程化的優(yōu)化方案（圖5）。
圖4拓?fù)鋬?yōu)化圖
圖5優(yōu)化方案
對(duì)優(yōu)化方案重新進(jìn)行進(jìn)行典型的受力分析，結(jié)果可以看出載荷施加在中間位置時(shí)，臺(tái)面的變形量最大。優(yōu)化后臺(tái)面最大變形量為0.48mm（圖6），可以滿足設(shè)計(jì)要求。
圖6優(yōu)化方案結(jié)果
（3）優(yōu)化效果
為了驗(yàn)證優(yōu)化方案效果，設(shè)計(jì)臺(tái)面整體加厚方案，即在原有8mm厚臺(tái)面基礎(chǔ)上繼續(xù)增加厚度直至可以滿足最小變形量要求，并對(duì)總質(zhì)量和變形量進(jìn)行對(duì)比。
從表中可以看出，臺(tái)面變形達(dá)到要求時(shí)，整體式加厚需增加原有質(zhì)量的125%，而使用OptiStruct模塊優(yōu)化后的方案重量增加53%即可達(dá)到同等目標(biāo)，可見材料的利用更加充分。
3、結(jié)論
利用OptiStruct優(yōu)化模塊中拓?fù)鋬?yōu)化功能，可快速識(shí)別關(guān)鍵傳力路徑，確定最佳的材料分布，進(jìn)而確保材料的高效利用。
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