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汽车轮毂的拓扑优化设计
为了实现汽车铝合金轮毂的结构轻量化设计，本文以拓扑优化方法为理论依据，结合有限元分析技术，针对特定的铝合金轮毂结构进行了轻量化研究。
设计优化变量时为了不改变其装配关系，在螺栓孔和轴承孔处预留了一定的厚度（图2-11所示）。
2.3.2 拓扑优化结果及模型重构
图2-11是密度值取0.3时轮辋部位的优化结果，轮毂5个螺栓孔之间的部分材料被去除，优化后类似一个凸台（图2-12）。故进一步对原模型重构如图2-13所示。
2.3.3 轮毂新模型性能验证
为了验证设计的新模型的性能，根据汽车静止时轮毂与地面接触的载荷施加部位的不同分两种方案，载荷施加部位如图2-14所示：
（1）载荷施加位置1—应力对比
对轮毂优化前后的模型进行静态应力分析，对比两者的应力云图可得（表2-3），优化前后的分布应力相当，优化后最大应力略有增大为54.5Mpa，但低于A356铝合金常温下许用极限为112.5MPa，满足性能要求。
载荷施加位置1—位移对比
对轮毂优化前后的模型进行静态位移分析，对比两者的位移云图可得（表2-2），优化后最大位移虽略有增大为0.58mm，但小于1mm，且两者分布位移相当，满足要求。
（2）载荷施加位置2——应力对比
对轮毂优化前后的模型进行静态应力分析，对比两者的应力云图可得（表2-5），优化前后的分布应力相当，优化后最大应力略有增大为64Mpa，但低于A356铝合金常温下许用极限为112.5MPa，满足性能要求。
载荷施加位置2—位移对比：
对轮毂优化前后的模型进行静态位移分析，对比两者的位移云图可得（表2-6），优化后位移虽略有增大为0.64mm，但小于1mm，且两者分布位移相当，满足要求。
3 小结
本文通过有限元和拓扑结构优化理论相结合的方法对轮毂进行了拓扑结构优化，优化后重构的新模型在力学性能上满足使用要求，重量上比优化前减轻10%左右，材料性能得到进一步的有效利用，轮毂的结构轻量化设计得以实现。
- 第1页：汽车轮毂的拓扑优化设计(1)
- 第2页：汽车轮毂的拓扑优化设计(2)
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