用ABAQUS和Tosca对凸轮轴减震器进行优化设计

在橡胶-金属组件的开发过程中，利用优化方法结合非线性分析可以在保证产品性能的前提下充分利用材料性能，并减少开发周期。拓扑优化和形状优化技术现在已经成功地应用在开发过程中的线性问题上，但还很少见到成功用于非线性问题上。
凸轮轴减震器项目是和（德国）联邦教育研究部（BMBF）一起合作的项目，结合Tosca和ABAQUS两个软件，在非线性分析过程中考虑拓扑优化和非参数形状优化。在这个例子中，客户的主要目标是在承受扭转应力的凸轮轴减震器的橡胶片上个装配孔，以便于安装。没有装配孔的凸轮轴减震器满足刚度和寿命要求，现在用其作为参考部件，希望有装配孔的新部件的刚度和寿命保持和参考部件一致。
利用给定的设计空间，采用拓扑和形状优化，在一个较短时间内得到了一个优化设计方案，计算表明本方案不仅和参考部件有相同的刚度，且其最大应力和应变都没有超过参考部件，因此有更高的寿命。在拓扑优化和形状优化中可以考虑材料非线性以及几何非线性，可以充分利用材料性能。在优化结束的同时就得到了新部件的设计方案且已经通过寿命检测试验。
作为先期研究，凸轮轴减震器的设计被证明是非常成功的，这些方法会在将来的开发过程中得到推广，也可能成为一种标准设计方法。
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