扭转梁悬架碳纤维复合材料横梁结构优化

鉴于碳纤维增强复合材料(CFRP)轻质高强的特点,本文中将某乘用车扭转梁悬架原钢质横梁用碳纤维复合材料替代,并进行结构优化设计。首先,通过碳纤维增强复合材料层合板力学性能试验获得材料力学参数,建立悬架扭转梁有限元模型,并对扭转梁中的碳纤维复合材料横梁截面进行改进设计。在此基础上,综合考虑横梁质量、刚度和工艺约束,对CFRP横梁进行铺层厚度、角度和铺层顺序的多层次优化。优化后,在满足各项性能指标的情况下,碳纤维增强复合材料横梁比原钢质横梁轻量79.34%,取得显著的轻量化效果。     

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。     

基于熵权TOPSIS法的CFRP防撞梁轻量化研究

碳纤维增强复合材料(CFRP)具有轻质高强的特点,本文中基于抗撞性要求将某乘用车保险杠原钢制防撞梁替换为CFRP,并进行铺层优化设计。首先对CFRP层合板进行力学性能试验以获得材料参数,并通过三点弯曲仿真试验验证其准确性,然后根据等刚度设计原理,确定CFRP防撞梁的厚度,并通过保险杠低速碰撞有限元仿真对比分析两种材料防撞梁的抗撞性能。在此基础上,以质量、比吸能、最大侵入量和碰撞力峰值为目标,采用熵权TOPSIS方法对CFRP防撞梁进行铺层优化,确定出最优铺层方案。结果表明,在保证抗撞性能要求的条件下,优化后的CFRP防撞梁比原钢制防撞梁减轻了76.82%。