动力电池碳纤维上盖结构设计开发

阐述某汽车动力电池上盖强度及铺层工艺相关要求,从质量、成本、模态及工艺成型等方面,对动力电池碳纤维上盖结构进行优化设计,利用CAE等应力分析手段,在保证可靠性的前提下,碳纤维上盖比铁质上盖降重59%,使整车能耗降低,达到节能减排目的,验证其技术可行性,并规范其设计流程。     

基于形貌优化的动力电池上盖模态优化

动力电池上盖模态直接影响到整车噪声、振动与声振粗糙度（NVH）性能及结构耐久性能,为了提升动力电池上盖模态性能,通过形貌优化方法对上盖进行了结构优化。基于求解器MSC.Nastran对动力电池上盖的模态进行了分析,根据分析结果,利用形貌优化法对重点关注的第1阶模态进行了优化,通过改变上盖结构特征,使得上盖第1阶模态由9.6 Hz提升至25.61Hz。结果表明,形貌优化技术能够有效提升动力电池上盖模态性能,为动力电池上盖优化设计提供了参考。     

碳纤维增强复合材料电池箱轻量化设计

对某电动汽车的电池箱进行轻量化设计。因上箱体主要作为密封件,故采用结构优化的轻量化方案,而下箱体主要作为承载件,因而采用碳纤维替换原始材料的轻量化方案。在碳纤维结构下箱体的轻量化设计中引入了多目标优化算法。仿真结果表明,所采用的轻量化方案在减轻质量的同时,还有效提高了电池箱的刚度和模态频率。     

刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化

全面地考虑了刚度、强度与频率约束,对某轿车的白车身结构进行轻量化设计。首先根据工艺要求对白车身结构进行了组件化建模,选取了关键的82个组件,每个组件中的板单元的厚度相同。其次在静态弯扭工况与自由模态工况下对车身结构进行了有限元分析。然后以质量最小为目标,以弯扭刚度、应力和前3阶固有频率为约束条件,板厚为设计变量,建立了白车身结构优化模型。最后采用序列线性规划进行非线性优化,取得了良好的轻量化效果:白车身质量减轻34.6kg,减轻率达11.4%。     

基于正面碰撞安全性的增程式纯电动汽车车身轻量化研究

以增程式纯电动汽车为研究对象,在保证其正面碰撞安全性的前提下,对其车身与关键零部件进行轻量化设计,设定了优化目标函数。对整车一阶模态对主要零部件厚度的敏感性进行分析,选取对于一阶模态影响较大的车身零部件进行轻量化设计,并建立车辆正面碰撞有限元仿真模型。通过对比轻量化设计前后白车身的弯曲模态和扭转模态,预测轻量化设计后的增程式纯电动汽车的正面碰撞安全性能。经实车碰撞试验,验证了轻量化设计后的增程式纯电动汽车具有良好的正面碰撞安全性,轻量化水平在同类车型中处于中等水平。     

大客车结构有限元分析及轻量化设计

建立了某型大客车结构有限元模型,验证了该模型的正确性。完成了整车振动模态、扭转刚度的分析。在此基础上,以壳单元厚度为设计变量,以1阶扭转频率和扭转刚度为联合约束函数,以整车质量最轻为目标函数进行结构优化设计。通过对整车刚度、模态和强度的分析与校核,表明该大客车轻量化方案满足性能要求,具有可行性。     

基于多目标优化的白车身结构轻量化设计

白车身轻量化研究有利于提高整车性能和减少研发成本,首先建立了某乘用车白车身的有限元模型,接着根据仿真模型分别计算出与NVH、静刚度及正面碰撞安全性能相关的参数,模型各项指标均满足要求。其次,依据综合灵敏度分析思路筛出与碰撞安全无关的设计变量,并且参照能量吸收曲线图选出正面碰撞安全板件的设计变量。针对白车身非碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各类近似模型的精度,采用了椭圆基近似模型,将白车身质量最小、低阶模态最大作为设计目标,把白车身的静态扭转刚度以及静态弯曲刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对非碰撞安全板件进行多目标优化。针对白车身正面碰撞安全相关板件的轻量化设计,根据试验设计方法设计出样本点,对比各种近似模型的精度,采用了响应面模型,将白车身质量最小、乘员舱加速度峰值最小作为设计目标,将一阶弯曲和一阶扭转模态频率、静态弯曲扭转刚度作为设计的约束条件,并采用遗传算法对碰撞安全板件进行多目标优化。最后,对轻量化前后的性能参数进行比较分析,实现了白车身质量降低13.4kg,降幅3.32%,轻量化系数减小了1,不仅保证了静态弯曲刚度和扭转刚度、白车身的模态频...     

汽车后副车架轻量化概念设计方法研究

在汽车结构概念设计阶段,将拓扑优化技术与隐式参数化建模相结合,并引入截面形状控制方法,用以实现产品结构-材料-性能一体化优化设计。第1步,对后副车架进行综合目标拓扑优化。第2步,建立隐式参数化模型,采用截面形状控制方法选择零件形状、位置、厚度和材料等36个参数为设计变量,以质量最小、第1阶模态频率最高为目标,硬点刚度和前3阶模态频率为约束,进行多目标优化。结果表明,在满足后副车架性能目标的条件下,质量减轻2.41 kg,其轻量化率达14.5%。     

重型载货汽车钢铝混合车身轻量化方案研究

通过对铝合金车身不同技术路线对比研究，提出“型材框架+覆盖件”钢铝混合重型载货汽车车身轻量化方案。基于该车身结构完成材料选用、连接工艺对比与方案制定，并采用CAE软件对该车身的模态、刚度、疲劳、碰撞性能进行仿真分析，各项性能指标均满足产品要求。该钢铝混合车身较原钢质车身质量降低81.5 kg，降幅22.4%，为后续重型载货汽车车身轻量化设计与制造提供参考。     

基于混合动力汽车的动力电池支架结构性能研究

文章基于混合动力汽车,以动力电池支架为研究对象,根据动力电池支架设计原则,使用CATIA软件设计一种动力电池支架方案,通过有限元技术对该方案的结构进行了模态分析、冲击强度分析、正面碰撞模拟分析,和安装螺栓受力分析,该方案的结构性能满足设计原则要求,实现了在最小空间里稳定地固定动力电池,有效地防止电池晃动;同时可以降低重量,有利于整车轻量化,减少模具费用,节约成本,提升了生产效率,获得项目组认可。     

某小型电动汽车复合材料夹层地板结构抗弯性能分析与改进

当前大多车身轻量化设计均围绕着白车身非结构件进行,为进一步达到轻量化的目的,提出一种碳纤维/环氧树脂与硬质PVC泡沫复合的新型夹层结构,并应用于某小型电动汽车地板。根据复合材料层合板理论建立有限元模型,并对其进行抗弯特性分析。在原方案基础上提出抗弯特性结构优化方案,提高了汽车地板抗弯性能,达到弯曲刚度目标设定。通过阶梯式结构设计进一步减轻地板质量,并分析了地板抗冲击性能,为复合材料在汽车结构件上的应用提供了参考。     

某轻卡膨胀水箱支架轻量化设计

文章通过进行目标设定、结构优化、有限元分析、试验验证,对某轻型卡车膨胀水箱支架开展了轻量化设计。在目标设定阶段,便明确了强度、模态为该支架的主要性能,并提出具体的设计目标。方案通过将支架断面从开口改进为封闭,大大提高了材料的利用率。有限元计算和试验验证结果证明,该支架的轻量化方案满足整车使用要求。最终,在满足使用要求前提下,该支架的轻量化设计实现了降重0.9kg,降幅53%的效果。     

车用动力电池碳纤维箱体的设计研究

以某款电动汽车动力电池箱体为研究对象,探讨了碳纤维应用于动力电池箱体以实现轻量化的设计思路,阐述了其具体设计过程,并采用有限元法对电池箱体的性能进行了评估,结果表明碳纤维电池箱体的各项机械性能均满足设计要求。在此基础上,对碳纤维电池箱体的设计进行了总结。     

基于HyperMesh的重型卡车车门优化

本文以某重型卡车车门为研究对象,在CATIA中建立车门的三维模型,导入HyperMesh中进行模型的简化和网格划分,在自由状态下对车门进行模态分析,对车门进行扭转刚度与下垂刚度等分析。并利用HyperMesh对车门结构进行参数修改和设计,以一阶固有频率为优化目标,以四种工况下的扭转刚度为约束,在车门质量不过度增大的情况下,提高扭转刚度及一阶频率。经过比较分析,得出改进方案,并计算分析了改进后车门的模态特性,为车门的改进设计提供了理论依据。     

碳纤维复合材料导流罩轻量化设计技术研究

为满足商用车轻量化发展需求，从材料轻量化角度出发，将某款商用车驾驶室的玻璃钢顶导流罩替换为碳纤维环氧树脂基复合材料（CFRP）顶导流罩，实现了降重30%的目标，同时性能指标达成，甚至优于原玻璃钢顶导流罩；基于3D-Hashin复合材料失效准则和Cohesive分层失效准则，建立了CFRP基本力学性能仿真模型，并通过与试验结果进行对比，验证了模型的有效性与材料参数准确性；通过优化碳纤维复合材料层合板的铺层角度设计，建立顶导流罩有限元模型，将两种材料的约束模态和刚度进行对比分析，结果表明：与原玻璃钢顶导流罩相比，碳纤维复合材料（CFRP）顶导流罩在显著降重的基础上，约束模态和平均刚度均有所提升，且满足强度性能指标。     

挤压镁合金汽车仪表板横梁骨架的设计与分析

为实现汽车轻量化,对钢制仪表板横梁骨架总成进行了镁合金替代设计。依据制造工艺将镁合金仪表板横梁骨架按挤压件和冲压件分别设计,并确定了镁合金材料及连接工艺;建立镁合金仪表板横梁骨架总成的有限元模型,进行模态对比分析和碰撞侵入量分析;建立仪表板横梁管材的弯曲仿真模型,模拟管坯的弯曲成形。结果表明镁合金替代设计满足仪表板横梁的轻量化、整体模态、碰撞安全以及可制造性的要求。     

轿车悬架控制臂参数化建模及轻量化多目标优化设计

提取了汽车在加速、制动、稳态回转和最高车速行驶4种工况下前悬架控制臂的载荷,建立了控制臂的拓扑优化分析模型。以控制臂质量最轻、最大变形最小为目标函数,以控制臂的1阶弹性模态频率不低于轻量化前的频率及控制臂最大米塞斯应力小于材料的许用应力为约束条件,以控制臂参数化模型的11个参数为设计变量,建立了控制臂轻量化多目标优化设计数学模型。用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对控制臂进行轻量化多目标优化设计结果表明,在保持控制臂低阶固有振动特性、强度和刚度基本不变的条件下,轻量化后控制臂质量从2.62kg减少到2.21kg,减重15.6%,轻量化效果明显。     

基于自由尺寸优化的车身结构嵌件优化设计

为研究车身结构嵌件对白车身扭转刚度的影响,基于白车身扭转刚度仿真分析模型,首先通过自由尺寸优化方法找到结构嵌件在车身关键接头的嵌入位置,再用工程塑料内外饰零件的建模方法设计嵌件骨架结构,然后再次通过自由尺寸优化方法对嵌件骨架进行结构优化和轻量化,从而得到兼顾白车身扭转刚度和重量的嵌件结构。仿真分析结果表明:白车身在重量仅增加0.4%的情况下,扭转刚度提升5.5%,整体一阶扭转模态频率提升5.9%。     

轿车白车身隐式全参数化建模与多目标轻量化优化

利用SFE-Concept参数化设计软件,建立了某轿车白车身隐式全参数化三维几何模型,在此基础上建立了参数化白车身的有限元模型,计算分析了其低阶固有振动特性和白车身的扭转与弯曲刚度,并通过试验验证了分析结果的有效性。利用相对灵敏度分析方法选出66个白车身零件板厚作为轻量化设计变量,以白车身的总质量、扭转和弯曲刚度为优化目标函数,白车身的1阶弯曲和1阶扭转模态频率为约束条件,利用遗传优化算法对白车身进行了多目标轻量化优化。结果表明,轻量化后的白车身1阶扭转频率和1阶弯曲频率的变化均小于1%,虽然扭转刚度降低了4.5%,弯曲刚度降低了1.8%,但仍满足设计要求。而在不改变用材的情况下,白车身总质量降低了19.4kg,即减轻了6.4%,取得了明显的轻量化效果。     

基于变截面的驱动桥桥壳结构优化

以某商用车驱动桥桥壳为研究对象,建立该结构的体单元有限元模型;在此基础上对驱动桥桥壳结构的静力、模态性能进行分析与研究,得出应力分布情况和前6阶模态下的固有频率及振型,从而验证了设计的合理性;以该驱动桥桥壳的总体积为目标,以强度性能为约束条件进行结构优化。验证结果表明,优化后的桥壳不仅实现了轻量化,而且应力分布更均匀、结构更合理。