基于机构运动学的多连杆悬架下控制臂优化

为实现某多连杆悬架下控制臂的轻量化设计,结合机构运动学和有限元优化方法,通过运动包络技术获得下控制臂的初始设计域,综合运用拓扑优化和尺寸优化技术确定下控制臂的优化设计方案。通过典型工况强度校核以及样车可行性与可靠性试验综合验证,实现了满足运动空间和强度要求下控制臂的正向设计。文章提出的优化设计方法能够为汽车悬架零部件的轻量化设计提供参考。     

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。     

底盘后纵臂轻量化设计思路

汽车开发过程中,为降低整车质量,节约材料成本,企业会对提出轻量化要求。研发质量轻且性能好的零件,是设计师所要考虑的重要问题。后纵臂是汽车底盘重要零件,对后纵臂进行尺寸优化,并综合考虑零件材料性能,提出满足强度性能要求且质量更轻的设计方案。根据方案思路重新设计零件,对新方案及旧方案进行仿真计算,对比方案更改前后强度性能差异,从而判断轻量化方案是否可以实施。     

基于铸铝工艺的悬架下控制臂可变壁厚优化设计

以采用铸铝工艺成型的汽车悬架下控制臂为研究对象,基于Opti Struct尺寸优化与CATIA曲面建构方法,开展可变壁厚悬架下控制臂的优化设计,并通过仿真分析与实车试验验证方案的可行性与可靠性,实现下控制臂的轻量化设计。本文提出的可变壁厚优化设计方法可为汽车其它零部件的轻量化设计提供参考。     

基于Optistruct的某汽车悬架上控制臂的尺寸优化设计

采用Optistruct的优化算法,对控制臂的厚度和截面进行二次优化设计,在保证其结构强度和包络空间满足要求的同时,将其厚度由8mm减少到3mm,实现了该控制臂的轻量化设计要求.本文提出的尺寸优化设计方法可为汽车其他零部件的轻量化设计提供参考.     

汽车多材料控制臂拓扑优化方法

为进一步提高汽车控制臂轻量化水平,提出了一种壳/填充结构多材料拓扑优化方法。采用两组设计变量建立材料插值模型:对第1组设计变量进行两步滤波,利用归一化密度梯度范数将壳区域与填充区域分离;第2组设计变量用于分配填充区域多种材料。为避免填充材料过度聚集,通过映射函数的隐式方法将局部体积约束扩展为多材料填充问题。控制臂优化算例结果表明,材料插值模型能有效识别壳特征和实现局部体积约束,控制臂主体质量较原钢制控制臂减轻13.2%,转向和制动工况下应力水平分别降低55.0%和39.7%,获得较好的轻量化效果。     

汽车悬架控制臂的多目标拓扑优化

以多工况下的柔度(静态)和振动固有频率(动态)为目标函数,对汽车悬架控制臂进行多目标拓扑优化。基于SIMP变密度的拓扑优化方法,将多级容差序列规划与折衷规划法相结合,首先进行自由振动工况下的频率优化,然后以此为基础进行静态工况下的柔度优化,最终得到了同时满足静态柔度最小和振动低阶频率最高要求的控制臂拓扑结构。     

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%。     

某重型载货汽车驾驶室翻转液压缸下支架轻量化设计

针对某重型载货汽车驾驶室翻转液压缸下支架存在结构强度过剩、零件种类及数量、装配工序较多等问题,对结构进行综合优化设计。采用正向设计思路,提取支架准确载荷,优化原力学模型,借助CAE软件进行拓扑优化,实现等强度设计目标;优化结果表明,优化后方案应力分布更加均匀,材料利用率提高,实现了质量大幅降低。     

某重卡下支架有限元分析及轻量化设计

对某重卡下支架在设计工况下的静强度性能进行了有限元分析,并对该下支架结构进行了轻量化设计。采用拓扑优化方法,以最大设计空间为优化的基结构,以重量最轻为目标函数,以结构的静强度性能为约束条件,进行了优化迭代计算。轻量化设计后,减轻了下支架的重量,且轻量化结构满足强度要求。     

新能源汽车减速器优化设计及仿真分析

文章研究了基于拓扑方法的某型新能源汽车减速器的优化设计。首先利用Pro-e进行减速器建模,将三维模型导入ANSYS,根据减速器受力情况确定其边界条件,然后以柔度最小为优化目标,利用拓扑优化设计算法进行计算,优化后减速器质量减小了15%,最后对优化设计进行静强度分析,仿真结果表明减速器模型满足材料强度要求,实现了新能源汽车减速器轻量化设计。     

某汽车排气管吊耳支架拓扑优化设计

用变密度法建立结构拓扑优化的数学模型,利用有限元分析软件Hyperworks中的Optistruct模块对某车型汽车排气管吊耳支架进行拓扑优化设计,并对优化后的结构进行强度分析和台架试验。试验结果表明,优化后的结构强度要优于优化前的结构强度。应用此方法可大大缩短汽车钣金类零件的设计周期,减少生产成本。     

基于拓扑优化的某重卡轮毂轻量化设计

对某重卡前轴轮毂在设计工况下的静强度性能进行了有限元分析,并对该轮毂结构进行了轻量化设计.采用拓扑优化方法,以最大设计空间为优化的基结构,以重量最轻为目标函数,以结构的静强度性能为约束条件,进行了优化迭代计算.轻量化设计后,减轻了轮毂的重量,且轻量化结构满足强度要求.     

基于某款电动车副仪表板的轻量化设计

随着能源短缺、环境破坏等社会问题的日益突显,汽车轻量化已成为汽车社会可持续发展的重要举措之一,尤其是在新能源汽车日益成为汽车发展的重要发展方向的大背景下,汽车的轻量化设计对汽车的节能降耗、性能提升以及降低制造成本上有着积极的推动作用。本文基于某款电动车的副仪表板系统,通过结构设计弱化以及零件集成的方法对该款车型的副仪表板系统进行轻量化优化,优化完成后通过CAE仿真技术来验证本次轻量设计的可行性,并最终实现了该款车型的副仪表板轻量化。     

基于拓扑优化的某重型车桥桥壳轻量化设计

对某重型车桥桥壳在设计工况下的静强度性能进行了有限元分析,并对该桥壳结构进行了轻量化设计。采用拓扑优化方法,以初始设计作为优化的基结构,以重量最轻为目标函数,以结构的静强度性能为约束条件,进行了优化迭代计算。轻量化设计后,减轻了桥壳的重量,且轻量化结构满足强度要求。     

基于拓扑优化的扭力梁式轿车后桥结构轻量化设计

在某轿车原扭力梁后桥的基础上,建立了扭力梁式后桥的结构力学模型,具体分析了原车后桥的模态及在静止、制动或启动及侧翻工况下的强度。在此基础上进行原车后桥的拓扑结构轻量化设计,通过在原后桥的基础上获得后桥空间设计域及非设计域,定义设计目标、设计函数、加载条件及响应,迭代计算获得了最佳的结构拓扑方案。根据结构拓扑优化的最终结果,通过CAD重构获得了拓扑结构轻量化的后桥设计。模态及强度计算结果显示,优化后的后桥前三阶模态频率较原后桥有大幅减小,不同工况下后桥的应力分布更趋合理,在设计域内及安装位置不变的条件下,新后桥的质量由原后桥的19.06 kg减少到17.67 kg,减重7.29%。     

基于拓扑优化的某重型车桥桥壳轻量化设计

对某重型车桥桥壳在设计工况下的静强度性能进行了有限元分析,并对该桥壳结构进行了轻量化设计.采用拓扑优化方法,以初始设计作为优化的基结构,以重量最轻为目标函数,以结构的静强度性能为约束条件,进行了优化迭代计算.轻量化设计后,减轻了桥壳的重量,且轻量化结构满足强度要求.     

汽车悬架控制臂的拓扑优化与性能计算

建立了含有球铰和衬套的汽车悬架控制臂优化设计模型,利用拓扑优化技术对悬架控制臂进行了优化设计.论述了对控制臂拓扑优化时,其优化空间的确定和载荷工况的确定方法.根据优化结果,设计了控制臂.对该控制臂的应力、固有频率和刚度进行了计算.结果表明,建立的控制臂优化模型较真实地描述了控制臂的工作特性,优化结果更符合实际情况.     

汽车悬架控制臂的可靠性拓扑优化

本文中基于变密度法,建立了具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,以结构设计区域体积最小化为目标函数,对某一汽车的悬架控制臂进行带解耦格式的可靠性拓扑优化。首先,根据一次可靠度法中可靠性指标的几何意义寻求满足目标可靠性指标约束的设计点;然后,依据随机变量的灵敏度信息将随机变量修正为确定性变量;最后,将问题分解为可靠性分析和等价的确定性拓扑优化两个独立子问题,进行确定性可靠性拓扑优化,并以某一汽车的悬架控制臂为例,验证了所提算法的有效性。结果表明:与确定性拓扑优化相比,带解耦格式的可靠性拓扑优化可获得更加可靠的拓扑优化构型,可最大限度地满足经济性和安全性的设计要求。     

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。