某重型汽车平衡悬架下推力杆支架优化设计

以某重型汽车平衡悬架为例,建立该悬架下推力杆支架的受力分析模型,根据下推力杆支架的受力情况对其结构进行优化设计,并对优化前后的支架进行有限元仿真分析。结果表明:优化后支架的质量、最大变形量和最大应力均有所下降,改善了支架的受力情况,且能满足轻量化的设计要求。     

纯电动物流车电机悬置支架结构优化设计

基于纯电动车对轻量化设计要求的提高,提出了基于CAE的结构优化设计来实现电机悬置支架的轻量化设计目标。首先建立了原支架结构的有限元分析模型,分析得到了原结构在4种工况下的应力及变形分布;在此基础上建立了拓扑优化设计模型,分别对前支架、后左支架及后右支架进行了结构优化设计,与原结构的强度进行了对比分析,结果表明优化后的电机悬置支架在保证强度及刚度满足要求的前提下,减重14.2%。     

纯电动汽车轻量化机舱支架总成优化与验证

为了满足纯电动汽车轻量化的需求,针对长安某纯电动汽车结构功能件机舱支架总成进行了复合材料轻量化开发,基于性能及成本因素选用了片状模塑料(sheet molding compound,SMC),对该SMC机舱支架总成进行了CAE分析及台架疲劳振动试验,根据试验分析结果进行了分析模型及结构优化,并对优化后的SMC机舱支架总成进行了试验验证.研究结果表明,悬挂重量对复合材料机舱支架总成的性能有较大影响,CAE建模应体现悬挂重量,分析模型及结构改进后的SMC机舱支架总成可以满足强度及疲劳耐久要求;相对于金属机舱支架总成,SMC部件可以实现2 kg,减重率为31.3％,轻量化效果明显,SMC部件成本相对于金属部件成本只增加20元,每公斤减重的成本为10元,成本增加可以接受,具有大批量应用前景;应用SMC复合材料,可以大量减少生产工序,取消焊接流程,能够明显降低能源消耗,同时降低了排放和资源消耗,符合国家节能环保政策,为纯电动车及汽车结构功能件轻量化开发提供了一个很好的方向.     

纯电动汽车轻量化机舱支架总成优化与验证

为了满足纯电动汽车轻量化的需求,针对长安某纯电动汽车结构功能件机舱支架总成进行了复合材料轻量化开发,基于性能及成本因素选用了片状模塑料(sheet molding compound,SMC),对该SMC机舱支架总成进行了CAE分析及台架疲劳振动试验,根据试验分析结果进行了分析模型及结构优化,并对优化后的SMC机舱支架总成进行了试验验证.研究结果表明,悬挂重量对复合材料机舱支架总成的性能有较大影响,CAE建模应体现悬挂重量,分析模型及结构改进后的SMC机舱支架总成可以满足强度及疲劳耐久要求;相对于金属机舱支架总成,SMC部件可以实现2 kg,减重率为31.3％,轻量化效果明显,SMC部件成本相对于金属部件成本只增加20元,每公斤减重的成本为10元,成本增加可以接受,具有大批量应用前景;应用SMC复合材料,可以大量减少生产工序,取消焊接流程,能够明显降低能源消耗,同时降低了排放和资源消耗,符合国家节能环保政策,为纯电动车及汽车结构功能件轻量化开发提供了一个很好的方向.     

高速动车组排障器结构轻量化研究

依据某高速动车组排障器的静强度计算结果,利用HyperWorks有限元仿真软件对其结构依次进行拓扑优化和尺寸优化.综合考虑制造工艺、外形美观和型材参数等因素,对优化结果进行修正得到最终方案.结果表明,在满足静强度相关要求的前提下,排障器结构整体减重14.45%,材料利用率显著提高,轻量化设计取得显著效果,为日后排障器结构设计提供参考.     

基于多学科多目标遗传算法的摩托车车架优化

建立摩托车架有限元模型,计算不同工况下的强度、刚度以及自由模态和约束模态,验证了一维管梁单元模型可代替二维壳单元模型进行仿真计算。采用正交实验设计对优化变量进行灵敏度分析和选择。以自由模态和约束模态频率为优化目标,强度、刚度以及轻量化为约束条件,建立多学科多目标遗传算法的振动优化方案,得到车架整体系统的最优解,提高了车架结构振动特性。     

低边耐候钢敞车车体的轻量化

利用I-DEAS软件,对低边耐候钢敞车车体钢结构进行有限元静强度分析.根据有限元分析结果,利用I-DEAS软件的优化模块,对车体进行敏度分析和优化设计,给出车体轻量化方案.经过优化设计车体减重1328kg,相对减重率达到了14.2%.     

多工况载荷下机车排障器拓扑和尺寸优化设计

为优化某内燃机车排障器的结构性能和轻量化设计,对其进行多工况载荷下的拓扑和尺寸优化设计.运用OptiStruct软件对排障器进行基于变密度法的结构拓扑优化设计,确定排障器加强肋板的分布.随后,在拓扑优化的基础上运用尺寸优化设计方法对其进行轻量化设计,并对优化后排障器的强度和质量进行分析比较.对比得出,优化后排障器在两工况下最大应力降幅明显,均超过20.00％,质量减轻9.29％,结构应力分布更加均匀、合理,轻量化效果明显,为某内燃机车排障器设计提供了可行方案.     

高速动车组设备舱支架结构抗疲劳性能研究

应用有限元分析软件ANSYS对两种设备舱支架结构进行静力仿真分析,获得了不同气动载荷工况下的支架结构应力响应情况,仿真结果表明：裙板气动载荷对支架结构的应力影响大于底板气动载荷;方案二支架结构改进处焊缝的应力情况得到明显改善.在时速330 km/h的情况下,测试了两种支架结构焊缝关键部位的动应力.采用雨流计数法编制了各测点的八级应力谱,并采用Goodman公式进行了对称化修正.结合材料的S-N曲线和Miner线性疲劳累计损伤理论计算了各测点的等效应力幅.对比计算结果表明,方案二支架结构的抗疲劳性能优于方案一.     

基于SolidThinking Inspire的牵引车平衡轴支架结构优化

以某牵引车平衡悬架的平衡轴支架为对象,基于Optistruct求解器建立平衡悬架总成的有限元模型,设置单边跳动、满载制动和满载转弯工况并进行了静力学分析;在SolidThinking Inspire中采用拓扑优化方法,以支架刚度作为优化目标,以支架厚度作为约束条件,对支架进行拓扑优化设计,在CATIA中重新建立优化后的支架模型并进行验证。结果表明:优化后的支架在单边跳动和满载转弯工况下的最大应力分别下降了16.0%与10.3%,满载制动工况下的最大应力升幅为15.4%,减重近12%。     

Research on the Lightweight Design of Body-Side Structure Based on Crashworthiness Requirements

Crashworthiness is the most significant variable during lightweight design of vehicle structures.However,crashworthiness studies using the single substructure-based method are limited due to the negligence of interactions among substructures.Thus,a whole structure-based study was conducted for the lightweight design of a body-side structure.In this study,a full finite element model was firstly created and then modified into a simplified model for structural improvements,where the major load-carrying subassemblies were improved from the perspectives of crashworthiness and manufacturing costs.Finally,sensitivity analyses were conducted to further optimize the strength distribution,based on which an adaptive response surface method was employed for thickness optimization of the structure.It is found that through the structural improvements and optimizations,the weight of the structure was significantly reduced even when its crashworthiness was improved.This indicates that the whole structure-based method is effective for lightweight design of vehicle structures.     

以塑代钢的制动储气筒尺寸优化设计

为实现汽车结构件的轻量化设计,将以塑代钢和尺寸优化技术引入到金属制动储气筒设计中。参考QC/T 200-2015,使用OptiStruct对金属储气筒进行强度分析,并评价其结果。根据理论公式对轻质塑料PA66构成的新储气筒部件厚度进行估算,应用尺寸优化方法得到具体的各组件厚度。优化结果表明:新制动储气筒在满足强度标准要求的同时,质量减轻了56.5%。     

基于改进响应面法和Matlab-Adams的麦弗逊悬架优化

基于Adams和Matlab应用改进响应面法对悬架结构参数进行了优化。在Adams/Insight软件中进行了设计参数的灵敏度分析。针对灵敏度较大的设计参数,建立了车轮定位参数在车轮跳动过程中最大变化量的二阶响应面近似数学模型,并对该模型进行了可靠性分析。应用编程实现对响应面数学模型的优化求解,对优化前后的仿真结果进行了对比。对比结果显示了该方法具有较好的准确性和有效性。     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求，分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点，建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型，提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法；在此基础上，制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法，并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究；基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果，确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案；建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型，评估并校核了车轴的疲劳强度；建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型，验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明:17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg，比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%；内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66，临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域；采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路，主要动力学性能指标优良；在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络，据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见，内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势，且高速适应性较好，在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。      

考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能, 利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型; 以双S型轨道车轮为设计蓝本, 分析了轨道车轮的辐板设计域, 提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法; 介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路; 根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准, 分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况, 不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构, 而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构; 对比了优化前后车轮辐板的应力, 并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性, 证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明: 利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的; 在车轮质量不增加的前提下, 优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚, 有效地减小应力集中, 降低结构应力; 对比原双S型车轮, 优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升, 分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%, 其中, 方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高, 并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。      

基于CRUISE的纯电动汽车性能仿真

为建立纯电动汽车的动力系统结构,提出了动力系统的匹配设计方法,在理论设计和工程分析的基础上,对其电机、电池以及传动比进行了匹配。应用CRUISE软件搭建模型进行仿真研究,证明匹配的结果满足设计要求,表明这种方法可行有效。     

插电式四驱混合动力汽车控制策略设计及优化

为有效识别驾驶员的驾驶意图,在保障插电式四驱混合动力汽车动力性的基础上,提高其燃油经济性,提出了一种转矩识别系数计算方法,设计了基于发动机输出转矩最优能量管理控制策略,讨论了每种工作模式的判别条件以及转矩分配方法.为避免单一优化算法运算时间长、容易陷入局部最优的固有缺陷,使用优拉丁超立方的方法进行试验设计,利用径向基函数神经网络(radial basis function, RBF)建立近似模型,使用多岛遗传算法对近似模型进行了优化.研究结果表明:对优化后的控制策略进行离线仿真得出,混合动力汽车在满足动力性能的前提下,百公里油耗降低了16.4%;将优化后的控制策略在dSPACE上进行硬件在环试验表明,所制定的控制策略,可以实现基本的能量管理,且加入转矩识别之后平均车速误差降低了39.9%,百公里油耗降低了8.5%.      

单轴拉伸荷载作用下轻骨料混凝土断裂行为的细观力学模拟

从轻骨料混凝土的细观结构出发,将轻骨料混凝土看作是由砂浆基质、轻骨料以及它们之间的界面层组成的三相复合材料.用有限元方法研究其界面层对于宏观试样断裂特征及其强度影响,并模拟了轻骨料混凝土在单轴拉伸载荷作用下的破坏形式,验证了轻骨料的力学性能对于轻骨料混凝土的断裂所起的重要作用.     

曲线纤维变刚度壁板的亚音速气弹稳定性研究

针对曲线纤维变刚度复合材料层合板在高速列车壁板结构轻量化设计中的广阔应用前景,研究了弹性、黏弹性变刚度复合壁板在亚音速流场中的气动弹性稳定性问题. 首先,基于Mindlin厚板理论和势流流动理论分别描述壁板结构变形和亚音速气动力,根据虚功原理和有限元法建立了曲线纤维变刚度复合材料弹性/黏弹性壁板的气动弹性稳定性分析模型,进而采用复模态理论求解复合材料变刚度壁板发散临界速度;在验证方法正确性和收敛性的基础上,研究了壁板关键参数等对复合变刚度壁板发散失稳特性的影响规律. 研究结果表明:与直线纤维壁板相比,通过调整曲线纤维路径可以实现壁板的发散临界速度50%左右的提升,有效增强壁板气动弹性稳定性.      

高速列车车下悬挂结构优化设计方法

基于CRH3高速动车组运营过程中车下设备舱支架故障,从车下设备舱系统与列车各系统之间、与外部运行环境之间的耦合匹配关系人手,综合在线动应力测试、空气动力学压力测试、振动模态测试和数值仿真等技术,对车下设备舱系统功能、结构及安全可靠性进行了系统地研究,提出了结构失效原因、结构新方案仿真计算、样件线路运行试验、结构可靠性评估的优化设计方法．