变速器壳体优化分析：Optistruct技术深度应用

采用软件：Hyperworks软件平台下的Hypermesh，optistruct，Hyperview；

一 建立网格模型

1，首先将ige模型文件导入hypermesh中：

2，发现模型有自由边（红色部分），以及螺纹等细微特征，因此进行几何清理，完成后的模型几何模型如图：

3，由于变速器壳体主要起连接作用，因此与其他部件连接的螺栓孔，不作为优化区域，需要单独划分出来，放入另一个组件component中：

4，划分单元：选择单元类型为四面体单元，尺寸为3mm，其中节点24859个，单元数量104588个。

5，定义材料，单元类型：材料有两种，分别为钢材和铝合金，其中钢材参数为：弹性模量210000Mpa，泊松比0.3，密度7.9e-9t/mm3；铝合金参数：弹性模量69000Mpa，泊松比0.3，密度2.7e-9 t/mm3。单元类型选择psolid。下图给出钢材参数的设置步骤：

6，定义模态计算阶数和模态计算工况：由于计算为自由模态，因此为了避开前六阶的刚体模态，模态计算频率从0.1Hz开始，计算十阶；工况设置为模态计算：1为创建工况名称，2选择计算类型为模态计算，3选择模态计算范围和阶数的设置。

7，自此，即可提交计算。

二 结果说明

2.1 材料为钢材时的结果说明

材料为钢材时，整个壳体质量4.635kg，除开螺栓的设计域质量4.221kg，按照减重30%的指导思想，那么设计域优化后的质量为4.221*70%=2.95kg，故优化中定为3kg。第一阶模态频率为3325Hz，振型云图如下图所示：

根据此初始结果进行优化分析，优化类型为拓扑优化，响应有两个，分别是质量响应和第一阶频率响应，约束条件为设计域的质量最大3kg，目标函数为第一阶频率值最大。迭代39次，结果收敛。

下图为拓扑优化的密度云图（红色代表材料不可去掉，蓝色代表材料可去掉），从云图可以看出，大法兰盘的外径可以缩小，六个加强筋也可以弱化，而内侧的小法兰盘外径也是可以缩小的，不过此处应该是要和另一半配合的，因此不对此处做优化。

根据优化结果，对模型做如下修改：透明的为原始结构，单元模型为修改后的模型，法兰外径92mm。修改后的模型设计域质量3.69kg，总质量4.104kg。减重（4.635-4.104）/4.635=11.46%。

计算优化后的模型的第一阶模态，频率值为3748Hz，提高（3748-3325）/3325=12.72%。即在减重11.46%的同时，频率值没有下架，反倒提高了12.72%，证明优化效果十分明显。下图为优化后的模态阵型云图：

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