-293.9 -407.4 -858.8 116.5 73.8 166.7 Rear point y 752.1 -551.7 2406.7 293.7 407.1 856.8 对夹芯结构控制臂进行网格划分，其中C℉RP面板与泡沫铝夹芯采用四边形网格，铝合金连接 件采用四面体网格，在对控制臂进行性能分析时，刚度分析主要考虑纵向刚度和侧向刚度，模态性 能选取一阶模态频率作为评价指标，仿真得到两种控制臂性能，其中Steel-made、 Initial分别代表 钢制控制臂和优化前控制臂仿真结果，如表6所示，Optimized代表优化后控制臂仿真结果。 表6控制脑性能防真结果 Table 6 Simulation results of control arm performance Control arm type Parameter Steel-made Initial Optimized Braking 92.6 70.9 48.6 Maximum stress/MPa Diversion 77.4 82.1 Full speed 295.1 1512 Longitudinal rigidity/N-mm 10360 21052 Lateral rigidity /N.mm 5650 962 7752 First natural frequency /Hz 211.9 683 785 Mass/kg 2.7 1.823 1.998 经过材料替代与结构重新设计之后，控制臂的质不降了32.5%，最高车速工况下泡沫铝夹芯 处的最大应力为225.6Mpa,超过了材料屈服极限，CRP面板采用Tsai-Wu准则校核其强度，失效 系数为0.8，满足强度要求，同时控制臂整体侧向刚度有所下降，需要进行进一步的优化设计。 4夹芯结构控制臂铺层设计 由于CFRP泡沫铝夹芯结构控制臂的CFRP面板铺层优化，主要包括自由尺寸优化、尺寸优化 和铺层顺序优化三个部分。优化过程中，应尽量采用0°、45°、90°三种经典铺层角度，减小制造 难度，节约制造成本：纤维取向尽量与主应力方向一致，±45°铺层应该成对出现，并且同一方向的 铺层不能连续出现两次。 4.1自由尺寸优化 为了得到每个铺层角度夺应的铺层形状，需要对控制臂进行自由尺寸优化。由于自由尺寸优化 只能减薄材料而不能增厚材料，首先建立铺层角度分别为0°、±45°、90°对称的4个超级层，铺层 厚度设置为2mm,自由尽子优化的目标函数设置为加权柔度最小，约束设置为面板总质量不超过 CFRP面板初始总质量的90%。 经过3饮迭代后，得到的厚度分布结果如图10所示，同时得到了4个铺层角度下的16个铺层 形状，对其进行规则化修正，结果如图11所示，其中±45铺层结果相同。 00 国10自由尺寸优化结果z -293.9 -407.4 -858.8 Rear point x 116.5 73.8 166.7 y 752.1 -551.7 2406.7 z 293.7 407.1 856.8 对夹芯结构控制臂进行网格划分，其中 CFRP 面板与泡沫铝夹芯采用四边形网格，铝合金连接 件采用四面体网格，在对控制臂进行性能分析时，刚度分析主要考虑纵向刚度和侧向刚度，模态性 能选取一阶模态频率作为评价指标，仿真得到两种控制臂性能，其中 Steel-made、Initial 分别代表 钢制控制臂和优化前控制臂仿真结果，如表 6 所示，Optimized 代表优化后控制臂仿真结果。 表 6 控制臂性能仿真结果 Table 6 Simulation results of control arm performance Parameter Control arm type Steel-made Initial Optimized Maximum stress /MPa Braking 92.6 70.9 48.6 Diversion 77.4 119.1 82.1 Full speed 295.1 225.6 151.2 Longitudinal rigidity /N·mm-1 10360 13605 21052 Lateral rigidity /N·mm-1 5650 4962 7752 First natural frequency /Hz 211.9 683 785 Mass/kg 2.7 1.823 1.998 经过材料替代与结构重新设计之后，控制臂的质量下降了 32.5%，最高车速工况下泡沫铝夹芯 处的最大应力为 225.6Mpa，超过了材料屈服极限，CFRP 面板采用 Tsai-Wu 准则校核其强度，失效 系数为 0.8，满足强度要求，同时控制臂整体侧向刚度有所下降，需要进行进一步的优化设计。 4 夹芯结构控制臂铺层设计 由于 CFRP-泡沫铝夹芯结构控制臂的 CFRP 面板铺层优化，主要包括自由尺寸优化、尺寸优化 和铺层顺序优化三个部分。优化过程中，应尽量采用 0°、±45°、90°三种经典铺层角度，减小制造 难度，节约制造成本；纤维取向尽量与主应力方向一致，±45°铺层应该成对出现，并且同一方向的 铺层不能连续出现两次。 4.1 自由尺寸优化 为了得到每个铺层角度对应的铺层形状，需要对控制臂进行自由尺寸优化。由于自由尺寸优化 只能减薄材料而不能增厚材料，首先建立铺层角度分别为 0°、±45°、90°对称的 4 个超级层，铺层 厚度设置为 2mm，自由尺寸优化的目标函数设置为加权柔度最小，约束设置为面板总质量不超过 CFRP 面板初始总质量的 90%。 经过 3 次迭代后，得到的厚度分布结果如图 10 所示，同时得到了 4 个铺层角度下的 16 个铺层 形状，对其进行规则化修正，结果如图 11 所示，其中±45°铺层结果相同。 图 10 自由尺寸优化结果 录用稿件，非最终出版稿