精密成形工程

作者：周晟杰, 廖露海, 李峰光, 胡胜波, 刘建永

单位：湖北汽车工业学院 汽车材料学院,湖北 十堰 422000

关键词：3D打印,点阵结构,力学性能,轻量化设计,有限元分析

基金：汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室开放基金（ZDK12023B06）; 湖北省自然科学基金创新发展联合基金重点项目（2024AFD093）; 湖北省教育厅重点项目（D20221801）; 武当人才计划科技领军人才项目（WDREJH- KJLJRC20231）

目的 针对赛车悬架摇臂轻量化的设计需求,分析Octet、Kelvin、Fluorite、Diamond、Schwarz、Gyroid 6种点阵结构单元在不同工况条件下的力学性能,为轻量化设计筛选出合适的点阵结构。方法 利用nTopology软件完成6个阵列晶格结构单元构建,并将孔隙率设置为50%。采用有限元分析方法,控制6种结构网格划分相同,比较分析它们在4 kN载荷、4种工况（拉伸、压缩、扭转和弯曲）下的位移和应力性能。结果 在压缩与弯曲工况下,Schwarz晶格位移（0.013 3 mm、0.025 mm）和应力（128.10 MPa、256.96 MPa）表现较优,应用于赛车悬架摇臂后,通过镂空设计去除冗余材料,体积由424 236.70 mm3缩减至269 888.33 mm3,质量从1.192 kg下降到0.758 kg,比强度提升约57.3%。赛车悬架摇臂所受最大应力为38.62 MPa,远低于赛车悬架摇臂高安全系数下最大应力251.5 MPa,最大位移为0.27 mm,远低于赛车悬架摇臂高安全系数下的位移阈值1.155 mm,最大应变仅0.05%,远低于高安全系数下极限应变0.35%,材料未进入塑性变形阶段,安全裕度充足。结论 将Schwarz晶格应用于赛车悬架摇臂后,轻量化显著且安全裕度充足,进一步拓展了点阵结构在汽车工程中的应用场景,尤其是对承受复合载荷的关键部件具有借鉴价值,为汽车零部件轻量化设计提供了创新解决方案。

来源：2026年第2期

《精密成形工程》期刊编辑部

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