汽車的輕量化、小型化是全球汽車設(shè)計(jì)的一大趨勢,采用科學(xué)合理的手段進(jìn)行車架輕量化設(shè)計(jì),不僅可以大幅降低整車質(zhì)量,還能縮短設(shè)計(jì)周期,節(jié)約成本,提高車內(nèi)設(shè)備的搭載質(zhì)量,從而實(shí)現(xiàn)更多智能化功能。因此,在保證車架力學(xué)性能的前提下,減輕車架質(zhì)量很有必要。本文以某企業(yè)研發(fā)的一款無人車車架為研究對象,利用多工況協(xié)同拓?fù)鋬?yōu)化方法,對其進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)。首先,根據(jù)原始車架參數(shù)建立了車架的有限元模型,并對原始車架進(jìn)行了模態(tài)分析和九種典型工況下的靜力分析。隨后,參照車架基本結(jié)構(gòu),構(gòu)建了三種形狀的鋁合金試件,對其進(jìn)行了模態(tài)實(shí)驗(yàn)和靜力實(shí)驗(yàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)工況,建立了相應(yīng)的有限元模型,有限元仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對誤差較小,驗(yàn)證了有限元模型和分析計(jì)算的準(zhǔn)確性。此外,原始車架靜力分析結(jié)果表明,車架的強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)要求,需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)原始車架的外形結(jié)構(gòu)和車內(nèi)載荷布局,建立了拓?fù)鋬?yōu)化空間,利用多工況協(xié)同拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)方法得到了新的車身骨架。最后,對重構(gòu)后的車架進(jìn)行了多種有限元分析。對比多個(gè)工況下,車架優(yōu)化前后的有限元分析結(jié)果可知,優(yōu)化后的車架在提高了剛度、強(qiáng)度和耐撞性的同時(shí),質(zhì)量還降低了124.5 kg,減重率達(dá)到21... 

【文章來源】：北京林業(yè)大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

中日歐美平均燃油消耗量限值

緒論3圖1-2特斯拉Model3車身材料分布Figure1-2MaterialdistributionofTeslaModel31.2.2輕量化制造工藝隨著加工工藝的逐漸成熟，國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)出多種先進(jìn)的制造工藝，以減輕整車零部件的重量，提高材料利用率，主要包括：連續(xù)變截面薄板技術(shù)（TRB）、激光焊接技術(shù)（TWB）和液壓成型工藝（TRT）等。TWB技術(shù)可以利用激光，快速焊接不同厚度和材料的金屬板材。該方法雖然提高了材料利用率，但焊縫處材料較為薄弱，在沖壓過程中易產(chǎn)生開裂問題（施志剛、王宏雁，2008）。受TWB技術(shù)的啟發(fā)，德國的IBF機(jī)構(gòu)研發(fā)出了TRB技術(shù)，該技術(shù)能通過計(jì)算機(jī)和傳感器間的配合，控制軋輥的間距，連續(xù)軋制出不同截面厚度的板料。TRB技術(shù)廣泛應(yīng)用于德系車型中，比如奔馳B-Class、寶馬3系和奧迪Q7等均在不同部位使用了TRB板材（王艷青、李軍，2013）。TRT工藝是利用高強(qiáng)度的水壓或油壓，使板料或管材在密閉的模具中，擠壓成特定的形狀（郭玉琴、朱新峰等，2015）。2001年，德國的ThyssenKrupp公司發(fā)起了NSB（NewSteelBody）車身輕量化項(xiàng)目。該車身結(jié)構(gòu)中使用了7.8%的液壓成型管材，最終車架減重比例達(dá)到24%，車架力學(xué)性能也大幅提升（施志剛、王宏雁，2008）。TRT工藝的原理如圖1-3所示。

基于多工況協(xié)同優(yōu)化的某無人車車架輕量化設(shè)計(jì)4圖1-3TRT技術(shù)原理圖Figure1-3PrincipleofTRT1.2.3結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為輕量化設(shè)計(jì)的主要手段。通過科學(xué)的優(yōu)化方法，求解結(jié)構(gòu)材料分布，不僅可以減輕質(zhì)量，還能提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。拓?fù)鋬?yōu)化被視為最有潛力的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法之一，主要應(yīng)用于車架的概念設(shè)計(jì)階段，它可以根據(jù)載荷和邊界條件計(jì)算出合理的材料分布路徑。解運(yùn)等對某特種車架進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，在滿足剛度和一階固有頻率的條件下，整體質(zhì)量降低了22%（解運(yùn)、何穎等，2018）。尺寸優(yōu)化主要用于車架優(yōu)化后期的細(xì)節(jié)優(yōu)化，它可以根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)調(diào)整材料分布，優(yōu)化車架管材的壁厚。張志鵬以某卡車車架為研究對象，將梁的厚度作為設(shè)計(jì)變量，尺寸優(yōu)化后車架減重105kg，減重比達(dá)11.66%（張志鵬，2017）；康元春等對某邊梁式車架進(jìn)行了尺寸優(yōu)化，約束條件設(shè)置為最大變形和許用應(yīng)力，與優(yōu)化前相比，車架體積減少了24%（康元春、劉瑛等，2012）。形狀優(yōu)化主要通過調(diào)整車身外形進(jìn)行優(yōu)化，可以有效減少應(yīng)力分布不均的問題，避免材料冗余。德國EDAG公司研發(fā)的LightCoccon概念車，運(yùn)用了仿生學(xué)思想，創(chuàng)新地將車身骨架設(shè)計(jì)為海龜殼的結(jié)構(gòu)，每平方米的車體外殼重量僅為19g。工程中通常將拓?fù)鋬?yōu)化與尺寸優(yōu)化結(jié)合使用，比如鄭祁針對某越野車車架，先后進(jìn)行了三種工況的拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了一種“X型”結(jié)構(gòu)車架，優(yōu)化后車架減重比例達(dá)7.5%，且仍能滿足車架的動(dòng)靜態(tài)性能要求（鄭祁，2014）。該車架的優(yōu)化過程如圖1-4所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]汽車輕量化材料及制造工藝分析[J]. 楊謀.  南方農(nóng)機(jī). 2019(20)
[2]Design optimization for a launching system with novel structure[J]. Run-duo Cao,Xiao-bing Zhang.  Defence Technology. 2019(05)
[3]基于變密度法的城市客車車架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 趙東偉,王正超,尹懷仙.  客車技術(shù)與研究. 2019(04)
[4]輕量化材料在汽車上的精準(zhǔn)應(yīng)用[J]. 秦超,姚晨冉,朱雪林.  汽車零部件. 2019(06)
[5]微型客車車架多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化[J]. 張小偉,趙劉生,王霄,劉會霞.  機(jī)械制造. 2019(06)
[6]國外汽車輕量化材料應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)借鑒[J]. 馬琳,耿雷.  新材料產(chǎn)業(yè). 2019(06)
[7]汽車輕量化的研究與實(shí)現(xiàn)途徑[J]. 楊孟欣,張亞松,孫鵬博,袁野.  時(shí)代汽車. 2019(08)
[8]慣性釋放原理在航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸強(qiáng)度分析中的應(yīng)用[J]. 況成玉,張智軒.  裝備制造技術(shù). 2019(02)
[9]房車車架分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 何穎,王青春,王梓晴.  林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備. 2019(02)
[10]汽車輕量化研究[J]. 周偉,蘇世榮,儲勝林,梁媛媛,王浩.  汽車工程師. 2019(01)

博士論文
[1]桁架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的理論與應(yīng)用研究[D]. 高閣.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所) 2017

碩士論文
[1]倉柵式半掛車車架有限元分析及輕量化設(shè)計(jì)[D]. 楊成明.山東大學(xué) 2019
[2]基于輕量化的房車車架優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 何穎.北京林業(yè)大學(xué) 2019
[3]基于多工況拓?fù)鋬?yōu)化的電機(jī)外殼輕量化設(shè)計(jì)[D]. 師可.北京林業(yè)大學(xué) 2019
[4]純電動(dòng)汽車變速箱殼體CAE分析及拓?fù)鋬?yōu)化[D]. 彭顯昌.吉林大學(xué) 2019
[5]基于局部拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)的純電動(dòng)汽車車架輕量化研究[D]. 閆闖.電子科技大學(xué) 2019
[6]基于ANSYS Workbench的某車架有限元分析及輕量化研究[D]. 趙艷梅.鄭州大學(xué) 2018
[7]某型拖掛式房車車架有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 王佳葦.大連交通大學(xué) 2018
[8]基于拓?fù)鋬?yōu)化和尺寸優(yōu)化的客車骨架輕量化設(shè)計(jì)[D]. 王文甲.華僑大學(xué) 2018
[9]某高機(jī)動(dòng)越野車車架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D]. 王勖.湖北工業(yè)大學(xué) 2018
[10]基于拓?fù)浜头�(wěn)健設(shè)計(jì)的客車車架輕量化研究[D]. 王楠.青島大學(xué) 2018



本文編號：3375562