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2019年第18期
ResearchFindings|研究成果|·25·
汽车副车架的轻量化开发
徐子鸣,刘书,徐作文
(众泰汽车工程研究院,浙江?杭州?310018)
摘要:文章介绍了一种前副车架的轻量化开发技术和流程,综合应用Optisruct、SFE、Isight等工具软件,分析和
优化了模态、刚度、强度、耐久等性能并满足目标值。通过使用拓扑优化、尺寸优化、多目标优化、形状优化等技术,
获得了较好的设计方案,实现了“优化驱动设计”的开发路径。结果表明,轻量化副车架比原钢制副车架减重23.3%,
比铝制前副车架轻0.2kg,在不降低性能的情况下取得了显著的轻量化效果,该方法可为同类产品的有限元分析以及轻
量化设计提供参考。
关键词:副车架;轻量化;优化;流程
中图分类号:U463.32+4?????文献标志码:A???文章编号:2096-2789(2019)18-0025-04
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2019.18.012
1前言
分解得到载荷谱。文章中以损伤值为目标校核耐久性能,
副车架的轻量化国内外已经进行了大量的研究。陈钣金损伤值目标为不超过0.25,焊缝损伤目标为小于1。
磊[1]等用拓扑进行了铝合金副车架的正向设计开发;廖
3概念设计抒华[2]等基于应力约束进行了尺寸优化;冯一鸣[3]等进
行了基于NVH分析的尺寸优化;黄小征[4]等用拓扑和
尺寸优化技术开展了某SUV的副车架优化;鲁宜文[5]
3.1设计空间包络
设计部门布置校核后提供一个设计空间,只需要一
个大致的轮廓包络。前副车架设计空间包络如图1所示。等应用试验设计方法结合响应面和多目标遗传算法获得
了副车架质量和第一阶模态频率的Pareto最优解;朱剑锋[6]等对后副车架结构进行了全自动参数化优化计算。
文章综合应用拓扑优化、尺寸优化、形状优化、
SFE参数化、Isight集成优化等手段,得到轻量化的前
副车架设计方案。
2目标设定
2.1重量目标
本副车架目的是替代铝制副车架,不降低性能的前
提下实现降本。铝合金副车架重量为11.68kg,竞品车
钢制副车架质量12.51kg,经过车型对比,开发重量目
标设定为11.50kg。
2.2NVH目标
(1)模态目标。根据NVH子系统目标分解和竞品
模态分析,设定白车身加副车架状态下一阶模态不低于
160Hz,自由状态模态不低于200Hz,刚性约束状态下
模态不低于300Hz。
(2)刚度目标。前副车架各安装点动静刚度以竞
品车为参考值并满足NVH子系统分解要求。
2.3强度目标
前副车架承受发动机激励和路面冲击载荷,须满足
一定的强度要求。文章选取4种比较恶劣的工况,评价
图1前副车架设计空间包络
3.2拓扑优化
所示。
划分设计空间包络的表面网格,然后在中间填充材
料,经过优化得到填充物的密度分布,解读后转化为
加强板概念设计方案。内部加强板拓扑优化过程如图2
优化变量:内部填充材料的密度。
目标:优化变量的体积分数最小。
约束:刚性约束下模态一阶频率不低于300Hz。
设计变量里添加最小尺寸约束参数,优化控制卡片
里添加棋盘格控制参数。
标准为不超过材料的屈服强度。
2.4耐久目标
4尺寸优化
优化变量:各主要钣金件的厚度。
在试验场采集实车道路谱载荷,经虚拟迭代、载荷
图2内部加强板拓扑优化过程
作者简介:徐子鸣(1979—),男,本科,主任工程师,研
究方向:结构强度耐久、轻量化、二次开发。
目标:质量最轻。
约束:刚性约束状态下一阶频率大于300Hz。
·26·2019年第18期
|研究成果|ResearchFindings
材料厚度设置为离散变量,在控制卡片里输出灵敏
度。设计变量模态灵敏度如图3所示。
图3设计变量模态灵敏度
考虑上板的安装点比较多,将上板设置调整为1.8mm,
下板调整为1.6mm。优化后的厚度设计如表1所示,模型
重量为11.4kg。
表1设计变量优化前后尺寸对比
零部件名称设计变量初始厚度(mm)优化后厚度(mm)
上板DV12.01.8
下板DV22.01.6
左羊角DV32.52.0
右羊角DV42.52.0
图5Isight集成优化流程
左侧支架DV52.01.5
6.2优化结果处理右侧支架DV62.01.5
优化变量:腰部截面X向宽度、羊角轮廓线曲率、悬置支架DV72.52.0
中部支架相对副车架前立面的位置。中间支架左DV82.01.0
目标:模型质量最轻。中间支架右DV92.0
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