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1、概述

现如今，汽车对于人们的生活已经密不可分，对于人们的生活起着非常重要的作用，人们对汽车舒适性的要求也越来越高。汽车悬架作为汽车车身与轮胎之间的弹性连接组，能够减小汽车行驶过程中由于弹性系统引起的振动，改善汽车的舒适性、操纵性以及行驶过程中的平顺性，对于保证驾驶员与乘客乘坐舒适性至关重要。汽车悬架的摆臂是悬架系统中最终要的部件之一，主要起着导向和支撑车身的作用。汽车的前下后摆臂在汽车行驶过程中受到来地面的载荷冲击以及汽转向时的扭转载荷，其变形会直接影响到车轮的定位。因此汽车前下后摆臂的结构好坏直接影响了汽车行驶过程中的稳定性、舒适性和安全性。本文选取汽车悬架系统的右前下后摆臂，基于Altair Inspire对其建立三维模型，对建立的模型进行强度分析、拓扑优化并进行几何重构。

2、右前下后摆臂强度分析

2.1设置属性参数

利用建立好的汽车悬架—右前下后摆臂模型，利用Altair Inspire软件进行分析之前，需要先设置模型的材料参数中。本文进行汽车悬架—右前下后摆臂分析所选用的材料为Q235普通碳素钢。其各项材料属性图表2.1所示。

                                         表2.1 Q235材料的属性

2.2强度分析

在制动工况中，右前下后摆臂所受到的载荷最大，其应力接近于屈服强度，最大值为285MPa，且发生了最大的变形位移为2.53mm。其安全系数为375/285=1.32。

3、右前下后摆臂拓扑优化设计

3.1拓扑优化模型

在对右前下后摆臂进行拓扑优化设计之前，要先对其建立适当的优化模型，本次优化采用1mm的四面体单元模型。前下后摆臂的两端安装位置所受载荷较大且比较复杂，因此进行拓扑优化设计时，把右前下后摆臂两端安装点部分区域制定为非设计空间，将安装点附近以外的区域制定为设计空间。

3.2拓扑优化参数

添加载荷和约束：约束汽车右前下后摆臂前端安装位置在X、Y、Z三个方向上的位移自由度并约束其X、Y方向上的旋转约束。约束汽车右前下后摆臂后端安装位置在X、Y、Z三个方向上的位移自由度并约束其Y、Z方向上的旋转约束。随后在汽车右前下后摆臂前段固定位置分别添加沿X、Y、Z轴方向的支撑力，在汽车右前下后摆臂后端固定位置分别添加沿X、Y、Z轴方向的支撑力；设定优化目标质量：为设计空间总体积的10%；设定优化目标频率约束为：最小20Hz且施加最低10模式；设定优化厚度约束为：最小0.063771mm。经过Altair Inspire软件计算分析，获得拓扑优化结果。

3、右前下后摆臂的几何重构

对上文进行的拓扑优化结果进行几何重构，获得最终的轻量化设计模型，与原模型对比结果如下图3.1、3.2所示。

                                                              图3.1 右前下后摆臂原模型

                                                      图3.2 右前下后摆臂优化后模型