本文關(guān)鍵詞：面向增材制造的汽車薄壁結(jié)構(gòu)輕量化建模方法

  更多相關(guān)文章： 增材制造 輕量化建模 熱源擴散 多胞加強結(jié)構(gòu) 汽車造型

【摘要】：近年來,由于增材制造技術(shù)(3D打印)能夠制造任意復雜模型的特點,在個性化以及形狀復雜制品的定制和加工方面得到廣泛應用。利用這一特點,將該技術(shù)應用在汽車造型設(shè)計領(lǐng)域中,能夠快速呈現(xiàn)汽車設(shè)計師的設(shè)計意圖,相比于傳統(tǒng)的多個等比例縮小油泥模型的制作,極大的縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期,提高模型制作精度。但是現(xiàn)階段針對汽車薄壁結(jié)構(gòu)模型的3D打印,大都采用等厚度的方式,方法雖然簡單、易于操作,但是對薄壁模型進行整體統(tǒng)一加厚的方式存在兩方面缺陷：一是薄壁厚度尺寸只能根據(jù)經(jīng)驗進行選擇,為了增加局部強度,常采取整體加厚的方式,造成材料的浪費；二是隨著3D打印技術(shù)的普及帶來的社會化建模問題。由于設(shè)計者缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗,常會出現(xiàn)由于力學性能不足而引起的模型破壞現(xiàn)象。因此在保證模型外觀精度及結(jié)構(gòu)強度前提下,如何對汽車薄壁結(jié)構(gòu)進行輕量化建模是本文的研究重點。針對汽車薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,本文提出了基于熱源擴散的變厚度方法以及多胞加強結(jié)構(gòu)兩種方法,論文以某汽車外殼等比例縮小模型為研究對象。具體如下所示：(1)針對汽車薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化建模問題,提出了一個系統(tǒng)的可行解決方案,首先,利用模型熱擴散方法模擬模型受力分布,檢測各節(jié)點熱量值并賦予相應的厚度,然后通過數(shù)值分析、三維打印以及實驗驗證完整的方法,對模型厚度進行優(yōu)化,最終得到了滿足性能要求的輕量化模型,該方法相對于傳統(tǒng)等厚度模型的打印,質(zhì)量節(jié)省30%左右,極大的節(jié)省了模型打印的時間和材料成本,汽車薄壁結(jié)構(gòu)的成功打印,驗證了該方法的有效性和可行性。(2)針對多胞加強結(jié)構(gòu)在薄壁結(jié)構(gòu)上的應用,利用多準則決策方法,對比三種多胞加強結(jié)構(gòu)在模型彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下的力學性能,并對選定的六邊形結(jié)構(gòu)進行尺寸優(yōu)化,以柔度和體積最小為目標,得到帕累托最優(yōu)解集。最后對比了彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下,多胞加強結(jié)構(gòu)相對于等厚度結(jié)構(gòu)的性能,結(jié)果表明,在滿足同等柔度條件下,質(zhì)量分別減少了17%和20%左右,驗證了多胞加強結(jié)構(gòu)在輕量化設(shè)計和打印方面的可行性。針對汽車車身薄壁結(jié)構(gòu)模型,本文提出的兩種廣義意義上的變厚度方法,結(jié)合增材制造技術(shù)在復雜模型加工的技術(shù)優(yōu)勢,實現(xiàn)了汽車車身模型的蒙皮和骨架的一體化設(shè)計與制造,在車身造型領(lǐng)域的應用具有現(xiàn)實可行性。
【關(guān)鍵詞】：增材制造 輕量化建模 熱源擴散 多胞加強結(jié)構(gòu) 汽車造型
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U462
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 相關(guān)工作11-15
• 1.2.1 增材制造應用研究11-13
• 1.2.2 變厚度拓撲優(yōu)化13-14
• 1.2.3 薄壁加強筋結(jié)構(gòu)設(shè)計14-15
• 1.3 本文工作15-16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 2 增材制造及其汽車行業(yè)應用17-29
• 2.1 增材制造技術(shù)17-20
• 2.2 汽車行業(yè)應用20-27
• 2.2.1 汽車整車打印案例20-22
• 2.2.2 汽車零部件打印應用22-24
• 2.2.3 汽車車身造型研發(fā)24-27
• 2.3 本章小結(jié)27-29
• 3 基于熱擴散的汽車薄壁結(jié)構(gòu)輕量化建模29-40
• 3.1 方法概述29-30
• 3.2 薄壁結(jié)構(gòu)輕量化建模30-36
• 3.2.1 模型特征分析及提取31-32
• 3.2.2 受力模擬與厚度優(yōu)化32-35
• 3.2.3 幾何建模35
• 3.2.4 制造及工程受力驗證35-36
• 3.3 實驗結(jié)果36-39
• 3.4 本章小結(jié)39-40
• 4 薄壁結(jié)構(gòu)多胞加強結(jié)構(gòu)的建模與優(yōu)化40-62
• 4.1 多胞加強結(jié)構(gòu)建模40-41
• 4.2 多胞加強筋結(jié)構(gòu)性能對比41-48
• 4.2.1 評價指標42
• 4.2.2 有限元模型42-43
• 4.2.3 結(jié)果分析43-45
• 4.2.4 多屬性決策分析45-48
• 4.3 多胞加強結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化48-59
• 4.3.1 構(gòu)建優(yōu)化模型48-49
• 4.3.2 試驗設(shè)計49-52
• 4.3.3 近似模型52-54
• 4.3.4 NSGA-Ⅱ遺傳算法優(yōu)化結(jié)果分析54-55
• 4.3.5 不同工況下的多目標優(yōu)化55-59
• 4.4 優(yōu)化前后性能對比59-60
• 4.5 模型打印60-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

【參考文獻】

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本文編號：561392