Reducing the curb weight of wheeled vehicles has long been one of the priority areas of work of automotive engineers, since this can significantly improve the operational properties of a wheeled vehicle: improve dynamics, passability, reduce fuel consumption and emissions of harmful substances. A significant proportion of the vehicle's curb weight belongs to highly loaded parts of the frame, transmission and suspension. Therefore, the creation of lightweight, highly loaded parts will make a significant contribution to reducing the curb weight of the whole vehicle. The paper describes the application of the topological optimization method based on finite element modeling in the design of highly loaded parts of the chassis of vehicle. An example of the synthesis of the power circuit of the rear suspension balance bar of an all-terrain vehicle with a description of the design model, load modes and interpretation of the results is shown. The optimization problem was solved using a finite element model of varying density. Minimization of the potential energy of deformation was used as an objective function, and the target volume in fractions of the original design space was used as a limitation. A comparative analysis of the obtained design with analogous designs is presented. The formulation and results of an experimental study of the stress-strain state of the optimized balance bar are described. As a result of optimization, it was possible to achieve a reduction in the weight of the balance bar to 49% in comparison with an analogue design while maintaining the required strength. Experimental verification of the bearing capacity of the balance bar showed the need for more thorough verification calculations of optimized parts, including taking into account manufacturing and assembly errors.
Снижение снаряжённой массы колёсных машин давно является одним из приоритетных направлений работы автомобильных инженеров, так как за счёт этого можно значительно улучшить эксплуатационные свойства колёсной машины: улучшить динамику, проходимость, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ. Значительная доля снаряжённой массы автомобиля приходится на высоконагруженные детали несущей системы, трансмиссии и подвески. Поэтому создание облегчённых высоконагруженных деталей даст весомый вклад в снижение снаряженной массы автомобиля в целом. В статье описано применение метода топологической оптимизации на базе конечно-элементного моделирования при проектировании высоконагруженных деталей шасси автомобиля. Показан пример синтеза силовой схемы балансира задней подвески вездеходного транспортного средства с описанием расчётной модели, нагрузочных режимов и интерпретацией полученных результатов. Задача оптимизации решалась с использованием конечно-элементной модели переменной плотности. В качестве целевой функции использовалась минимизация потенциальной энергии деформации, в качестве ограничения - целевой объём в долях от исходного пространства проектирования. Приведен сравнительный анализ полученной конструкции с конструкциями-аналогами. Описана постановка и результаты экспериментального изучения напряжённо-деформированного состояния оптимизированного балансира. В результате оптимизации удалось добиться снижения массы балансира до 49% по сравнению с конструкцией - аналогом с сохранением требуемой прочности. Экспериментальная проверка несущей способности балансира показала необходимость белее тщательного проведения поверочных расчётов оптимизированных деталей, в том числе с учётом погрешностей изготовления и сборки.