汽车悬架下控制臂轻量化优化设计及疲劳性能分析

发布时间：2017-10-15 22:22

  本文关键词：汽车悬架下控制臂轻量化优化设计及疲劳性能分析

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【摘要】：出于对节约成本和环境保护的考虑,在汽车零部件的设计和改进过程中,设计师除了要确保结构的安全性能外,还要尽可能减轻结构重量。对汽车零部件的结构轻量化优化设计是实现汽车轻量化的主要途径之一。为缩短设计周期和节约开发成本,有限元结构优化方法被广泛应用于汽车零部件的结构轻量化优化设计过程中。虽然悬架下控制臂质量在整车质量中所占比重不足百分之一,但对其进行结构轻量化优化设计对实现汽车的整体减重仍具有一定积极意义。至今已有大量采用有限元拓扑优化、尺寸优化或形状优化技术实现下控制臂轻量化的成功案例。然而,随着悬架下控制臂产品的迭代更新,当再次对其进行结构轻量化优化设计时,依然单纯地依靠改变材料分布形式、板件厚度或形状参数而不推翻原有结构形式,已很难获得显著的减重效果。众所周知,疲劳损坏是汽车悬架零部件最主要的失效形式。悬架下控制臂的疲劳性能不仅关系到汽车行驶安全性,而且直接影响汽车制造商的声誉。本文以某国产小型SUV的麦弗逊式悬架焊接型下控制臂为结构轻量化优化设计对象,综合应用形貌优化、尺寸优化、形状优化、自由形状优化方法,在原焊接型下控制臂基础上设计出一种全新的单片冲压型下控制臂,以达到结构轻量化目的。并根据道路试验实测的疲劳载荷数据,运用CAE疲劳分析技术预测了结构轻量化优化前后两款下控制臂的疲劳寿命。研究结果表明,经结构轻量化优化设计得到冲压型下控制臂满足各项基本性能要求,且较原焊接型下控制臂有明显减重。本文提出的汽车悬架下控制臂轻量化优化设计及疲劳性能分析方案为汽车底盘其它关键零部件的开发设计提供了借鉴和参考。
【关键词】：下控制臂 轻量化 有限元结构优化 疲劳寿命预测
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 汽车结构优化设计现状11-12
• 1.2.2 汽车疲劳性能分析现状12-13
• 1.2.3 下控制臂结构轻量化优化与疲劳分析现状13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 原控制臂有限元分析16-34
• 2.1 有限元分析法及Hyper Works简介16-17
• 2.1.1 有限元分析法概述16
• 2.1.2 Hyper Works软件简介16-17
• 2.2 原控制臂有限元建模17-22
• 2.2.1 几何模型处理17-19
• 2.2.2 有限元网格划分19-20
• 2.2.3 单元属性定义20-21
• 2.2.4 建立连接单元21-22
• 2.3 原控制臂刚度、强度分析22-27
• 2.3.1 极限工况静载荷获取22-23
• 2.3.2 强度、刚度分析设置23-25
• 2.3.3 强度、刚度分析结果25-27
• 2.4 原控制臂自由模态分析27-32
• 2.4.1 有限元法自由模态分析27-29
• 2.4.2 试验法自由模态分析29-31
• 2.4.3 自由模态分析结果31-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第3章 下控制臂结构轻量化优化设计34-59
• 3.1 Opti Struct结构优化方法简介34-36
• 3.1.1 结构优化方法概述34-35
• 3.1.2 结构优化数学模型35-36
• 3.1.3 结构优化基本流程36
• 3.2 结构轻量化优化设计性能要求36-38
• 3.3 形貌优化和尺寸优化设计38-47
• 3.3.1 形貌优化和尺寸优化简介38-39
• 3.3.2 形貌优化和尺寸优化问题定义39-42
• 3.3.3 形貌优化和尺寸优化结果42-47
• 3.4 形状优化与自由形状优化设计47-57
• 3.4.1 形状优化与自由形状优化简介47-49
• 3.4.2 形状优化与自由形状优化问题定义49-53
• 3.4.3 形状优化与自由形状优化结果53-57
• 3.5 结构轻量化优化前后性能对比57
• 3.6 本章小结57-59
• 第4章 下控制臂疲劳性能分析59-70
• 4.1 疲劳分析基本理论简介59-62
• 4.1.1 疲劳的定义及相关概念59
• 4.1.2 疲劳破坏分类59-60
• 4.1.3 疲劳累积损伤理论60-61
• 4.1.4 疲劳分析方法61
• 4.1.5 平均应力修正法61-62
• 4.2 下控制臂有限元疲劳分析62-68
• 4.2.1 单位载荷作用下的应力应变结果62-63
• 4.2.2 材料S-N曲线63-64
• 4.2.3 疲劳载荷-时间历程64-67
• 4.2.4 疲劳分析求解参数设置67-68
• 4.3 疲劳分析结果68-69
• 4.4 本章小结69-70
• 第5章 全文总结与展望70-72
• 5.1 全文工作总结70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76

【参考文献】

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本文编号：1039037