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

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【摘要】：近年來,由于增材制造技術(shù)(3D打印)能夠制造任意復(fù)雜模型的特點(diǎn),在個(gè)性化以及形狀復(fù)雜制品的定制和加工方面得到廣泛應(yīng)用。利用這一特點(diǎn),將該技術(shù)應(yīng)用在汽車造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,能夠快速呈現(xiàn)汽車設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖,相比于傳統(tǒng)的多個(gè)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(duì)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(jiǎn)單、易于操作,但是對(duì)薄壁模型進(jìn)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(yàn)進(jìn)行選擇,為了增加局部強(qiáng)度,常采取整體加厚的方式,造成材料的浪費(fèi)；二是隨著3D打印技術(shù)的普及帶來的社會(huì)化建模問題。由于設(shè)計(jì)者缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),常會(huì)出現(xiàn)由于力學(xué)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(qiáng)度前提下,如何對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化建模是本文的研究重點(diǎn)。針對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,本文提出了基于熱源擴(kuò)散的變厚度方法以及多胞加強(qiáng)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(duì)象。具體如下所示：(1)針對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化建模問題,提出了一個(gè)系統(tǒng)的可行解決方案,首先,利用模型熱擴(kuò)散方法模擬模型受力分布,檢測(cè)各節(jié)點(diǎn)熱量值并賦予相應(yīng)的厚度,然后通過數(shù)值分析、三維打印以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完整的方法,對(duì)模型厚度進(jìn)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(duì)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(shí)間和材料成本,汽車薄壁結(jié)構(gòu)的成功打印,驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。(2)針對(duì)多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在薄壁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用,利用多準(zhǔn)則決策方法,對(duì)比三種多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在模型彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下的力學(xué)性能,并對(duì)選定的六邊形結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化,以柔度和體積最小為目標(biāo),得到帕累托最優(yōu)解集。最后對(duì)比了彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下,多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)相對(duì)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(yàn)證了多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在輕量化設(shè)計(jì)和打印方面的可行性。針對(duì)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(fù)雜模型加工的技術(shù)優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)了汽車車身模型的蒙皮和骨架的一體化設(shè)計(jì)與制造,在車身造型領(lǐng)域的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)可行性。
【關(guān)鍵詞】：增材制造 輕量化建模 熱源擴(kuò)散 多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu) 汽車造型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：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(yīng)用研究11-13
• 1.2.2 變厚度拓?fù)鋬?yōu)化13-14
• 1.2.3 薄壁加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yīng)用17-29
• 2.1 增材制造技術(shù)17-20
• 2.2 汽車行業(yè)應(yīng)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(yīng)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(kuò)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(yàn)證35-36
• 3.3 實(shí)驗(yàn)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(qiáng)結(jié)構(gòu)的建模與優(yōu)化40-62
• 4.1 多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)建模40-41
• 4.2 多胞加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)性能對(duì)比41-48
• 4.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)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(qiáng)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(yàn)設(shè)計(jì)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(biāo)優(yōu)化55-59
• 4.4 優(yōu)化前后性能對(duì)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(xiàn)63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況67-68
• 致謝68-69

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：561392