插电式混动车悬架控制臂轻量化分析与研究

轿车悬架控制臂论文 轻量化论文 结构性能论文
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汽车及其零部件的轻量化越来越受到人们的重视,控制臂作为汽车悬架系统比较重要的零部件,其轻量化有着十分重要的意义。控制臂作为汽车悬架系统的传力和导向元件,对汽车行驶平顺性和操纵稳定性具有很大影响,它将作用在车轮上的力或力矩传递到车身上,同时保证车轮能按照一定轨迹运动,因此对控制臂结构刚度、强度、疲劳寿命等具有较高的要求,所以通过强度、模态分析及其优化设计,在保证控制臂结构性能的基础上实现轻量化的目的。本文以插电式混动车的轻量化项目为依托,综合使用多体动力学、有限元分析方法及结构优化设计方法对悬架控制臂结构进行了分析研究。首先根据多体动力学理论,建立了半车模型以提取控制臂结构分析所需的边界载荷,利用所得载荷对控制臂结构进行了强度和自由模态分析;其次,对控制臂原结构性能分析结果进行研究,控制臂采用了折衷规划多工况拓扑优化设计方法,以控制臂质量分数为约束,综合考虑了动静态性能多指标函数作为目标,对重新确定了设计区域的控制臂结构进行拓扑优化;再次,对比分析不同静动态指标权重下的优化结果,选取最佳权重比并参考优化设计结果进行了模型重构,对新得到的控制臂模型进行了有限元分析;然后,对拓扑优化前后的控制臂结构的刚、强度性能和自由模态进行对比分析,对比结果显示,优化设计后的控制臂模型的结构性能均有不同程度的提高且减重效果良好;最后,利用Ncode疲劳分析软件,采用S-N分析方法对优化设计后的控制臂模型进行了疲劳分析,新设计模型满足使用要求,具有良好的可靠性和耐久性。本文在控制臂结构轻量化的过程中,对基于折衷规划法的静动态多指标拓扑优化方法进行良好的应用,优化过后的控制臂在结构性能指标有所提高的基础上,达到了减重的目的。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6页
目录第7-10页
第一章 绪论第10-16页
    1.1 论文研究背景第10-11页
    1.2 国内外研究现状第11-13页
        1.2.1 有限元分析方法的应用第11页
        1.2.2 控制臂优化技术研究现状第11-13页
    1.3 课题的目的和意义第13页
    1.4 论文研究流程第13-16页
第二章 悬架控制臂多体动力学分析第16-22页
    2.1 多体动力学分析理论第16-17页
        2.1.1 控制臂载荷获取方法的选择第16-17页
    2.2 控制臂载荷分析第17-20页
        2.2.1 建立多体动力学模型第17-18页
        2.2.2 虚拟工况的建立第18-19页
        2.2.3 控制臂载荷的获取第19-20页
    2.3 本章小结第20-22页
第三章 悬架控制臂结构性能分析第22-40页
    3.1 有限元模型的建立第22-26页
        3.1.1 几何模型处理第22-24页
        3.1.2 控制臂材料及单位制第24页
        3.1.3 网格划分第24-25页
        3.1.4 建立衬套连接单元第25-26页
    3.2 悬架控制臂结构强度分析第26-32页
        3.2.1 惯性释放原理第26-27页
        3.2.2 添加各种工况载荷第27页
        3.2.3 控制臂结构强度计算结果分析第27-32页
    3.3 自由模态分析第32-38页
        3.3.1 模态分析原理第32-33页
        3.3.2 模态提取方式第33-34页
        3.3.3 定义分析问题第34-35页
        3.3.4 控制臂计算模态结果分析第35-37页
        3.3.5 结构模态结果评价第37-38页
    3.4 本章小结第38-40页
第四章 悬架控制臂结构优化分析第40-64页
    4.1 结构优化方法第40-42页
        4.1.1 结构优化设计流程第42页
    4.2 悬架控制臂拓扑优化设计第42-50页
        4.2.1 拓扑优化方法研究第43-45页
        4.2.2 基于折衷规划法的优化模型研究第45-47页
        4.2.3 静态指标的多工况优化目标函数第47-49页
        4.2.4 动态固有频率优化目标函数第49页
        4.2.5 综合考虑静态和动态指标的优化综合目标函数第49-50页
    4.3 静动态指标权重的研究分析第50-55页
        4.3.1 不同权重下优化结构对比分析第50-55页
    4.4 控制臂拓扑优化后有限元分析第55-62页
        4.4.1 基于优化结果的改进设计第55页
        4.4.2 改进后控制臂强度分析第55-60页
        4.4.3 控制臂改进方案自由模态分析第60-62页
    4.5 控制臂结构优化前后性能对比第62-63页
    4.6 本章小结第63-64页
第五章 悬架控制臂疲劳分析第64-78页
    5.1 疲劳寿命基本理论研究第64-67页
        5.1.1 疲劳累计损伤理论第64-65页
        5.1.2 疲劳分析方法第65-67页
    5.2 疲劳载荷谱获取试验第67-72页
        5.2.1 试验目的第67页
        5.2.2 试验对象第67-68页
        5.2.3 试验条件第68-72页
        5.2.4 试验过程与结果第72页
    5.3 载荷谱第72-73页
    5.4 控制臂疲劳寿命分析第73-75页
        5.4.1 疲劳结果分析第75页
    5.5 本章小结第75-78页
总结与展望第78-80页
参考文献第80-83页
攻读硕士学位期间取得的研究成果第83-84页
致谢第84-86页
附件第86页
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