基于疲劳和13°冲击性能的组装式车轮优化设计

为了研究车轮的13°冲击性能,提出了一种基于疲劳和13°冲击性能的车轮结构设计和优化方法。以16×61/2J型车轮为研究对象,基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对车轮进行了联合拓扑优化,设计了一个镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立了组装式车轮13°冲击试验的有限元模型,基于不同应变率下AZ91D镁合金和6061铝合金的材料本构模型分别分析了冲锤正对辐条和正对窗口冲击两种工况下车轮的应变,并研究了13°冲击性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成DEP-MeshWorks和LS-DYNA软件建立车轮多目标优化模型,利用最优拉丁超立方和Box-Behnken设计拟合了径向基RBF网络近似模型并验证了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量和冲锤正对辐条冲击时轮辐的最大应变最小为目标,其余应变为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化设计。得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮13°冲击性能条件下,选取了一个妥协解作为优化设计结果。结果表明:在满足车轮各项13°冲击性能要求的条件下,优化得到的组装式车轮与同型铸造铝合金车轮相比减重30.65%。     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

电动汽车双横臂悬架优化分析

针对现有电动汽车悬架性能较差的问题,根据某电动汽车整车参数,建立电动汽车双横臂独立悬架模型,基于此模型进行双轮同向跳动模拟仿真,最后根据仿真结果,利用ADAMS/Insight对悬架车轮定位参数进行分析,完成悬架结构的多目标优化。优化结果表明:前轮外倾角、前束角和侧倾中心高度等,通过优化均满足了设计要求;主销后倾角、主销后倾拖距、前轮轮距等其他参数在满足悬架设计取值范围的基础上,通过优化,变化范围进一步减小,提升了悬架性能。     

汽车前悬架系统动力学仿真与分析

利用ADAMS/Car整车设计软件包建立了该悬架系统动力学模型,选取"两侧车轮同向跳动"工况进行仿真,在ADAMS/PostProcessor后处理模块中分析了车轮上下跳动过程中参数变化对悬架性能的影响,总结出该型车设计中存在的缺陷,优化了不符合设计要求的参数,使前束角、主销内倾角及转向角达到理想值。研究结果表明:利用Adam s/Car预测悬架性能简洁、方便且经济,仿真结果可用于指导悬架设计和参数优化。     

矿石破碎颗粒黏结模型黏结键特征及表征

目的 针对矿石颗粒黏结模型与实际矿石破碎特性存在差异造成的仿真不准确问题,重点对不同粒级矿石颗粒黏结模型中的黏结键特征进行研究。方法 依据矿石强度尺寸效应理论,设计铜矿石颗粒黏结模型中基础颗粒间的黏结键参数,应用离散元方法对30,40,60 mm三种粒级铜矿石矿样进行落重试验和破碎仿真。本文给出黏结键等效临界变形的概念,讨论了矿石落重试验t10和冲击能量的关系,探讨黏结键参数变化规律。结果 结果表明,三种粒级铜矿石颗粒黏结模型破碎仿真与落重试验粒级质量分数的平均误差分别为1.75%,1.66%,1.84%,试验和仿真得到的破碎粒度质量分数具有很好的一致性;法向和切向等效临界变形可以表征黏结键强度,单位冲击能量下落重试验的tn10可以表征矿石强度。结论 利用黏结键等效临界变形和tn10的对应关系确定黏结键参数,提高了矿石颗粒黏结模型的建模效率和仿真精度。     

橡胶衬套刚度对悬架特性的影响

对ADAMS/Car中衬套刚度的计算进行了说明,在此基础上建立了一个双横臂悬架的刚弹耦合模型。通过ADAMS/Insight对各个衬套的刚度进行灵敏度分析,分析了衬套刚度的变化对车轮定位参数和悬架刚度的影响,得出车轮定位参数随橡胶衬套刚度变化的规律。选取刚度变化对车轮定位参数影响较大的衬套力比例因子作为设计变量,选取车轮外倾角、前束、主销内倾角、轮距为优化目标,对不同的衬套取不同的比例因子,通过ADAMS/Insight自动完成设计的空间组合,并进行仿真计算。根据目标函数对设计空间过滤,最终达到对车轮定位参数的优化设计。     

支持向量机替代模型的遗传优化设计

针对实际工程中常见的性能函数不能显式表示的优化问题,提出一种基于支持向量机替代模型的遗传优化设计方法。利用试验设计选取合适的设计参数样本点,通过实验或数值仿真获得响应输出,结合遗传算法构建具有参数优化功能的支持向量机替代模型;将支持向量机模型作为目标性能函数,结合其他约束条件完成优化模型的建立,并应用遗传算法进行优化,形成一套准确、高效、适应性强的优化方法。以典型电子装备功分器的结构尺寸优化为例,采用均匀试验设计和高频电磁场仿真软件HFSS获取替代模型训练的学习样本,建立功分器模型的幅度比、相位差和驻波3个响应面目标函数,并对该多目标优化问题进行遗传寻优。     

液力减速器叶片前倾角度三维集成优化

为了对液力减速器叶片前倾角度进行参数优化,建立了液力减速器叶栅参数三维集成优化仿真平台。以叶片倾角为设计变量,三维CFD分析作为求解器进行试验设计,并根据试验样本结果构建响应面法模型(RSM)进行优化,得到一套最优的动、定轮叶片倾角参数。就叶片倾角参数对液力减速器内流场特性、制动外特性的影响进行了分析,并结合试验数据对优化前后制动性能进行了对比。结果表明,优化仿真平台精度较高,结果可信。优化后的液力减速器制动性能显著提高。     

考虑焊缝疲劳的工程车轮弯曲疲劳寿命分析

工程车轮作为一种典型的焊接结构件,其结构中包含多条焊缝,在车轮弯曲疲劳试验过程中,焊缝承受着较大的动应力,极易产生应力集中并导致裂纹萌生.为对焊缝处进行疲劳分析,在采用逆向工程技术创建包含焊缝在内的工程车轮三维实体模型的基础上,建立了车轮弯曲疲劳分析的有限元模型,分别选择名义应力法和BS7608标准对车轮焊缝区和非焊缝区进行疲劳分析,得到工程车轮的弯曲疲劳寿命,与不考虑焊缝的车轮弯曲疲劳寿命对比,工程车轮弯曲疲劳最危险的位置为轮辐和轮辋角接焊缝处而非轮辐的螺栓孔附近.最后对上述仿真和计算结果进行了试验验证,证明了包含焊缝的车轮有限元模型和分析方法的正确性.     

气动锤铆过程仿真分析与试验

为提高锤铆工艺质量,提出一种对锤铆过程仿真分析的方法,并获得锤铆工艺所需铆接时间.建立气动铆枪的运动学模型,结合Matlab仿真得到不同输入气压下（0.2～0.6 MPa）冲锤的冲击速度及其冲击频率;在ABAQUS中对锤铆过程进行有限元分析,将运动学模型的仿真结果（冲锤的冲击速度及频率）应用至有限元模型中,以获得规定的镦头尺寸为目标,得到不同输入气压下需要的铆接时间.实验得到铆钉在0.2~0.6 MPa不同气压下的铆接时间,实验值与仿真值的偏差在15%之内,验证此仿真方法的可行性.结果表明,铆枪的输入气压及铆接时间是影响锤铆工艺的关键因素.     

叠螺式脱水机螺旋轴的优化设计

螺旋轴是叠螺式脱水机的核心部件,根据螺旋轴的受载情况,设计了一个螺旋轴,对螺旋轴进行有限元静力学仿真。基于仿真结果对螺旋轴结构进行优化分析,建立优化的数学模型,将螺旋轴的最小质量作为优化的目标函数,最大变形量作为约束条件,求解不同设计参数对目标函数的影响,得到了螺旋轴的合理结构尺寸参数。优化后的螺旋轴在满足动静态性能的情况下,质量降低了9.7%,取得了良好的优化效果,为螺旋轴轻量化设计提供了一种可行方法。     

基于ADAMS／Car的某微型车前悬架优化分析

针对某公司微型车,利用虚拟样机技术,在ADAMS／Car模块中建立前悬架模型,对模型进行仿真,并采用ADAMS／Insight模块对影响悬架特性较大的设计点进行优化,在不改变衬套等弹性元件参数特性的情况下,对硬点位置进行了调整,对比分析优化前后车轮定位参数随车轮上下跳动时的变化规律,并进行评估,可为改善悬架系统性能提供指导。     

电视包装衬垫结构优化设计

利用大型通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立长虹SF21366型电视带包装的参数化有限元模型,实现GB/T 4857所规定的机强跌落试验的仿真模拟,获得包装件应力、应变云图和加速度响应曲线.通过对在跌落时包装衬垫对该型电视机冲击减缓程度的分析表明:跌落、碰撞的冲击时该型电视机易损部件的加速度峰值已超出产品许用脆值,衬垫的缓冲性能有待优化.在基于衬垫原来结构特点的基础上,采用基因遗传算法实现缓冲衬垫结构的优化,并通过优化前后包装件跌落冲击地面时的等效应力分布和独立部件加速度峰值曲线等的对比分析,证实了优化后包装衬垫的缓冲性能得到大幅提高,为包装设计提供了可靠的方法.     

动态车轮模型的胎体刚度解算

吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室于20世纪90年代提出的动态车轮模型,根据经验估计胎体刚度参数缺乏理论依据,为此本文提出了轮胎胎体六向刚度的解算方法。利用悬架试验台上垂向力、侧向力、纵向力、回正力矩加载试验的数据,计算出轮胎胎体的六向刚度,保证了动态车轮模型的仿真精度。     

带钢冷轧过程轧辊热变形参数的智能优化

针对在带钢冷轧过程中辊系热变形问题,建立了轧辊温度场与热变形的仿真模型。为了提高模型精度,依据热像仪实拍的辊面温度场信息、轧制过程数据分析得到的轧辊热膨胀信息,对关键参数采用遗传算法进行了优化。优化后的仿真结果与现场信息基本一致,提高了仿真精度,为轧辊热变形的准确预报打下了基础。     

汽车行驶动力学性能的多目标优化

在1/4车辆模型的基础上建立7自由度人体-座椅-悬架模型。选取座垫加速度、悬架动挠度和车轮动载荷作为目标函数,根据参数灵敏度分析结果选择悬架和座垫参数作为设计变量。利用无量纲化消除多行驶工况对优化计算的影响,在此基础上建立了车辆行驶动力学性能多目标优化模型。选择带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对优化模型进行求解,得到了Pareto最优解集与Pareto前沿。优化结果显示:适当减小座椅座垫刚度并增大阻尼有助于改善乘坐舒适性并且几乎不影响其他性能;Pareto最优解集中的悬架刚度与阻尼呈线性正相关关系,这也决定了乘坐舒适性和悬架动挠度不可能同时达到最优设计;根据车轮动载荷的设计水平可以近似确定轮胎刚度。     

考虑碰撞工况的车架轻量化设计

针对车辆行驶安全的前提下结构的轻量化设计问题,本文以某公司城市客车为研究对象,利用Solidworks软件简化模型,进行参数化设置,并导入Workbench中进行正面碰撞仿真,得到优化前车架变形量。选取车架7个横梁结构尺寸作为优化变量,以车架质量最小作为优化目标,以最大应变作为约束,结合Kriging近似模型和NSGA-Ⅱ算法,对车架进行多目标优化,得到Pareto前沿解集,从中选取最优解验证其车架的轻量化效果。研究结果表明,客车车架质量减轻了8‰,碰撞产生的变形满足碰撞要求,优化效果较好。该研究具有一定的实际应用价值。     

钢中夹杂物在车轮成形过程中的变形行为

为研究夹杂物在车轮预成形过程中的演变行为,采用跨尺度有限元法建立车轮预成形二维轴对称宏观模型和含夹杂物体积元细观模型,对夹杂物变形进行仿真,考察夹杂物的变形抗力对夹杂物变形的影响.结果表明:夹杂物变形程度与其相对变形抗力λ呈负相关关系;车轮踏面下23.3 mm位置B,难变形夹杂物(λ=2)和易变形夹杂物(λ=1/2)均出现了应变集中,前者等效应变最大值为3.85、后者等效应变最大值为1.67;车轮踏面下23.3 mm位置B周向和轴向夹杂物有最大尺寸,车轮踏面下35.4 mm位置A及轮缘位置C和D周向和径向夹杂物有最大尺寸,从垂直于最大尺寸方向的方向进行探伤有利于鉴别夹杂物尺寸.     

机械弹性车轮纯外倾力学特性刷子理论建模

为研究机械弹性车轮的外倾特性,本文对机械弹性车轮的结构特征及承载特性进行分析,建立了不考虑0轮弹性的机械弹性车轮外倾力学特性刷子理论模型。推导出纯外倾时车轮的侧向力、回正力矩及翻转力矩表达式。利用ABAQUS建立包含橡胶材料超弹性及接触大变形等非线性特征的机械弹性车轮三维有限元模型,并通过垂向加载试验验证了仿真模型的可靠性。对机械弹性车轮外倾特性的仿真值、理论值进行对比分析,结果表明所建立的机械弹性车轮外倾特性刷子模型具有良好的精度。该研究为机械弹性车轮外倾纵滑及外倾侧偏等复合工况的力学特性建模提供了理论指导。     

基于响应曲面法U形件弯曲成形工艺参数优化

U形件弯曲成形过程中比较凸出的问题是回弹,将响应面法(RSM)与有限元仿真软件Dynaform相结合,应用于SUS430不锈钢的U弯曲成形.选取凹模圆角半径、模具间隙、冲压速度3个工艺参数作为主要的影响因素,回弹角度作为优化目标,建立15组Box-Behnken设计(BBD)试验方案,并建立因变量与目标值间的二阶非线性回归响应模型,借助Design-Expert软件对响应模型进行优化,通过优化取值获得模型较优的参数组合.经过仿真验证,将回弹角度由原来的3.39°减少到了2.19°,响应面与有限元软件的结合显著减少有限元模拟的次数,同时提高U形件成形质量.