底盘下控制臂轻量化解决方案

汽车开发过程中,为能减少整车重量,使有限材料发挥最大性能,往往会涉及到轻量化以及拓扑优化。在满足汽车开发设计目标的同时,对零件提出合适的轻量化指导方案,有利于汽车制造成本节约及减少能源消耗。某车企在某车型研发初期,对车辆整备质量目标定义较为严格,对各零件轻量化设计提出了较高的要求。下控制臂是汽车底盘重要零件,通过拓扑优化方法,将下控制臂作为设计变量,使用有限元软件进行拓扑仿真,根据拓扑云图,结合控制臂不同位置的截面尺寸进行研究分析,提出较好的结构设计方案。     

钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12.8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。     

LFT-D汽车备胎舱的开发

为解决传统汽车备胎舱成型工艺复杂、模具成本高、质量大的问题,选取LFT-D材料进行轻量化开发。通过合理选择零件壁厚、增加凸台、合理布置加强筋以保证刚度和强度;同时集成备胎支架、备胎舱阻尼垫、后保险杠安装支架、防石击涂层等零件,实现功能整合,减少零件数量;同时选用聚氨酯胶粘剂实现备胎舱与白车身的连接。通过性能分析,确保产品满足刚度、模态和强度要求。试验结果表明,该LFT-D备胎舱满足产品性能要求,LFT-D材料可替代钢材实现汽车备胎舱的轻量化开发。     

塑料后防撞横梁的选材及设计开发

文章以某款车型为例介绍塑料后防撞的设计开发过程。文章系统性地对三种材料的性能、成本、轻量化效果、应用成熟度等进行综合对比,确定塑料后防撞梁选材方案为GMT(Glass Mat reinforced Thermoplastics)材料;随后根据材料特性及零件要求进行结构设计,并根据CAE分析结果对结构进行优化,避免了应力集中,对局部补强从而提高强度,开发了满足性能要求的GMT后防撞梁。开发的GMT后防撞梁方案可减少生产工序,具有良好的轻量化效果。同时在此过程中积累了防撞梁设计开发的经验:拖钩结构的布置位置对后防撞梁性能影响很大,布置位置不合理将会导致拖钩强度不足,拖钩结构位置要避免直接集成在塑料后防撞横梁上。     

某乘用车型后悬控制臂力学性能仿真和试验研究

后悬控制臂是底盘系统的关键承载部件,对整车性能有重要影响,文章针对某乘用车型后悬控制臂进行了CAE强度和疲劳分析,并进行了台架刚度测试和疲劳测试,CAE分析和台架试验结果表明,该车型后悬控制臂零件的力学性能满足目标要求。     

基于有限元仿真的某车门轻量化分析

采用HyperWorks,针对某型商务车车门开展自由模态、柱碰安全及加载1 000 N垂直向下作用力工况的垂向刚度、静强度有限元仿真分析,根据分析结果判断存在轻量化空间,据此设计了两种轻量化方案,分别对两个方案的车门进行了各项性能的仿真分析,结果显示轻量化方案一车门各项性能满足主机厂要求,并具有较好的轻量化效果;方案二车门在加载垂向力工况下的内板静应力超过了材料的屈服强度,无法满足客户要求。相关研究可为客户提供基于马钢材料开展车门优化设计的参考。     

轻量化防弹材料应用

轻量化是对防弹装备提出的重要要求之一,对防护材料要求具有质量轻,比强度和比模量高等一系列优点,越来越受到广泛重视。文章主要介绍了高性能轻量化防弹材料的分类并从防弹车辆的轻质透明装甲和披挂复合装甲等与现有材料进行对比分析,为后续产品开发提供思路。     

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。     

基于刚度与耐撞性要求的车身结构轻量化研究

以某型轿车为例,综合考虑弯曲刚度及侧面耐撞性能,进行车身结构轻量化研究。为提升计算效率,利用支持向量回归方法建立各项性能指标的近似模型,避免了整车碰撞优化方法计算量大、收敛缓慢的缺点。之后,通过结合自适应过程的优化方法,在保证各项性能要求的前提下,优化车身零件厚度和材料特性参数,从而实现车身结构的轻量化,减轻质量9.1kg,轻量化效果达5.44%。     

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。     

发动机曲轴材料及其发展

曲轴在发动机中属关键零件,运转中承受冲击载荷和惯性力,对抗拉强度、疲劳强度、硬度、耐磨性等都提出了非常高的要求。针对不同工况条件的曲轴选材非常关键。曲轴材料选用首先应考虑服役的安全性、质量的稳定性和可靠性,再考虑加工工艺的可行性、应用表面强化工艺的可能性、轻量化设计要求、节能环保要求、经济性等方面。球墨铸铁和调质钢是常用的曲轴材料,另外还有等温淬火球墨铸铁和非调质钢等新型材料。     

LGF复合材料在商用车中的应用研究

LGF即为长玻纤增强热塑性复合材料,具有密度低、比强度高、回收利用率高等特点,对汽车轻量化的发展具有重要意义。文章介绍了长玻纤增强热塑性复合材料在国内外的发展状况、成型工艺、性能特点、现有问题及解决办法,最后针对商用车轻量化的要求,提出采用长玻纤增强PP材料代替原铝合金走台板方案。     

自卸车货箱的结构强度分析及轻量化设计

为降低自卸车质量及油耗,提高自卸车运输效率,本文以某自卸车货箱为研究对象,利用HyperMesh对现状态自卸车货箱进行了两个典型工况的结构强度分析;在此基础上本文将货箱材料替换为高强度钢,以货箱各零部件厚度作为设计变量,以材料许用应力为约束条件,货箱质量最小为设计目标,在OptiStruct中进行尺寸优化分析并确定轻量化设计方案;最后再次利用HyperMesh对轻量化方案进行结构强度分析。结果显示优化后货箱结构强度得到一定提升,轻量化设计货箱质量降低了20.7%,成本降低387元,轻量化效果显著。     

镁合金汽车仪表台半横梁设计优化

汽车轻量化作为当今最热门的汽车技术之一,越来越被国内外的整车厂及零部件厂所重视。文章研究了汽车仪表板横梁总的轻量化设计。通过产品设计优化及材料优化将仪表台横梁的结构质量由传统的10kg左右,降低到约3.1kg,质量减轻了约70%,且优化后的结构在子系统模态、转向管柱静强度等性能均满足设计要求。     

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.     

聚丙烯发泡材料在卡车内饰设计中的应用

随着人们对生活质量的要求越来越高,"绿色环保、节能减排"已成为我国社会的发展方向。卡车作为一种便民工具,也给能源和环境带来了负担。因此,卡车轻量化设计势在必行。作为卡车内饰轻量化材料的一部分,聚丙烯发泡材料在卡车上的应用逐年增多。本文简述了聚丙烯发泡材料性能、优势、加工工艺,应用领域,同时介绍了用聚丙烯发泡材料的卡车零件的车身固定方式、零件加工工艺要求、设计时注意事项、零件常见的品质问题及发展趋势。     

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。     

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。     

某车型后牵引钩总成轻量化研究与优化

对某车型后牵引钩总成的重量较重、成本较高以及不满足可见高度要求的问题进行了分析。根据后牵引钩总成常见的结构形式及优缺点,研究了2种轻量化方案,并从多个方面进行了对比分析;然后利用有限元对新方案进行了5种工况的强度分析,确定将焊接在后地板备胎坑处的方案作为最佳轻量化方案;最后,通过2台车的后牵引钩实验验证了该轻量化方案满足实验要求。优化方案实现单车减重1.18kg,降本10.68元,且满足可见高度要求。     

低密度聚丙烯材料在商用车轻量化应用开发

文章主要介绍低密度聚丙烯(PP)材料开发的思路、原理、材料性能测试、零件注塑和零件性能评价。为内饰塑料件轻量化提供一种低成本、低风险的可行方案。