汽车铝合金转向节结构拓扑优化与有限元分析

发布时间：2024-04-21 09:47

　　汽车的轻量化是减少有害排放和降低能源消耗的有效途径。转向节作为汽车悬架中的重要零件之一,其承载簧上质量,承受工况恶劣且复杂,对其的结构强度要求较高,因此转向节多为使用强度较大的铸铁件,但其缺点是质量较大,也不容易在结构上进一步轻量化。目前越来越多汽车厂商将铸铁转向节改为铝合金转向节,然而直接改为采用铝合金材料,容易出现结构刚强度不足,通常的做法是在原来结构上增加较多的材料以获得足够的强度,但盲目地增加材料并不能高效地利用材料,导致最终减重效果不明显。为此,本文以某款SUV汽车转向节的轻量化开发项目为基础,对其展开了基于拓扑优化的结构轻量化设计方法研究,并综合运用有限元分析和疲劳仿真分析预测转向节的静强度与疲劳性能,从而为铝合金转向节或底盘悬架中其他铝合金零件的结构轻量化设计提供有益参考。本文首先论述了转向节常见的载荷获取方法,根据载荷形式不同,对转向节分别建立三种有限元建模方法,分析了其各自的优缺点和适用性,结果表明惯性释放法可以更为有效地模拟实际受力状况。以某款转向节为研究对象,分析了对转向节进行拓扑优化的方法,并分析了在不同的工艺约束下拓扑优化结果的区别和优劣势,得出了更适用于锻造...

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1不同悬架形式下的转向节

1.1研究背景与意义随着汽车工业的快速发展，汽车保有量大幅增长，汽车已成为污染物排放和能源消耗的主要来源，而汽车的轻量化是减少排放和降低能源消耗的有效途径。汽车转向节作为汽车悬架中的重要安全部件，其作用主要连接车轮和车身，承载簧上质量，同时转向桥的转向节还负责带动车轮转向，其承....

图1-2某款汽车的铸铁转向节

将原来铸铁转向节改为铝合金材料的转向节，容易出现刚强，通常的做法是在原来结构上增加较多的材料，这样的做法是盲目地增加材料并不能更高效地利用材料，导致最终减重国内外学者的研究中，集中在对转向节的强度或疲劳分析上基于拓扑优化的设计，但主要停留在概念设计和仿真分析上证其所设计的模型的可....

图2-1整车坐标系

所定义的强度分析工况如下数，而对于制动和转向工况，则为在整车要考虑其载荷转移的效应。全文均采用整并指向后方，y轴为指向驾驶员右侧，z轴表2-1五种强度工况各方向动载系数或加速度系数XY1.1001.51.50-3031.5

图2-5过坑工况-车轮力加载法一

第二章转向节载荷的确定方法低，而惯性释放法由于其输入的载荷更为合理，故其应力分布更体现真实情况，本文因此在第一种方法的基础上，释放了控制臂安装点的垂向自由度，同样也对转向横拉杆安装点释放垂向自由度，使得其应力分布与更接近惯性释放法的结果。为此，对于转向节的分析，在前期缺乏较为完....

本文编号：3960727