中国电动汽车轻量化水平发展趋势研究

“电动汽车轻量化水平”是指电动汽车整车质量与燃油汽车整车质量的比值。轻量化是降低能耗、提高续航里程的有效手段,也是当前各国提升电动汽车市场竞争力的重要手段之一。研究表明,车辆自重每降低10%,续航里程可提升2%～3%。由于电池重量占车辆总重的20%～40%,轻量化是提升电池能量密度的重要途径。因此,当前新能源汽车轻量化主要围绕电池材料和结构优化展开。     

汽车前副车架轻量化设计

对原前副车架结构和材料进行优化设计,可以达到轻量化的效果。将前副车架的钢材替换为铝合金材料ZL114A,并利用CATIA三维建模软件对前副车架结构进行优化设计。经优化,前副车架质量由17 kg减少至11.76 kg,减重比例达30.8%,满足设计要求。使用Nastran软件对优化后的前副车架进行有限元分析,结果表明新结构满足各种汽车行驶工况下的强度、模态以及刚度性能要求,因此该轻量化设计方案可行,在不影响前副车架正常使用的情况下减轻质量。     

微型电动汽车车身的轻量化

目前对于电动汽车车身轻量化研究中,多数都没能兼顾优化后车身性能、优化效率和精度。为了提高轻量化后车身的性能,提出一种综合考虑质量、刚度与一阶振动模态的多目标优化设计法。将有限元分析法和实验验证相结合,构造了基于材料和尺寸的微型电动汽车车身轻量化方法,确保了优化精度。采用灵敏度分析法确定关键部件厚度为优化模型的设计变量,提高了轻量化研究的效率。与传统的轻量化研究相比,该方法在获得近似最优解的同时能够保证轻量化后的车身性能满足要求,并且提高了计算效率和精度。     

电动汽车用新型AMT变速器箱体轻量化设计

针对装有AMT变速器的电动汽车所存在的传动效率低、换挡时动力传递中断、冲击大等问题,基于部件设计和生产模块化的思路,设计了一种双驱动三档AMT变速器。在对其基本结构和工作原理介绍的基础上,采用变密度的拓扑优化分析方法对箱体结构进行了优化分析,并结合箱体安装、冷却、润滑等实际使用要求,完成了箱体结构的优化,且利用有限元与多体分析相结合的方法、在考虑了轴承装配最大过盈量的基础上,对新结构的强度和模态特性进行了计算。试验及计算结果表明,在模态特性基本不变、强度性能满足要求的前提下,优化后箱体质量降低了3.3 kg(轻量化率为10.6%),达到了产品轻量化设计目标。     

小型电动汽车车架的设计与轻量化改进

车架作为电动汽车的主要承载结构,其强度和刚度在汽车总体设计中起着非常重要的作用,车架的轻量化研究也具有重要意义。以小型电动汽车为研究对象,设计一款车架,建立有限元模型,分析其在弯曲和扭转2种工况下的应力和变形,并对车架进行模态分析;根据分析结果,以轻量化为目标对车架进行优化,运用截面尺寸优化方法,通过改变梁的横截面面积和改变车架体积,最终实现车架的轻量化。结果表明,车架质量较初步设计减少了10.6%,强度和刚度均符合要求,车架的轻量化目标基本完成。     

汽车座椅结构的轻量化设计

针对当前许多拓扑优化结构中存在的制造工艺问题,提出了一种考虑挤压工艺约束和应力约束的拓扑优化模型。采用该方法对座椅骨架进行轻量化设计,并对新设计的座椅骨架进行校核。分析结果表明:新的座椅结构在满足各项性能和挤压工艺约束的同时达到了明显的轻量化效果,证明了该拓扑优化方法的可行性。     

基于数理统计的前舱盖铰链加强板设计

针对前舱盖铰链加强板的设计,工程师往往会根据以往的设计经验或Benchmark进行开发,很少去探索铰链加强板的外形尺寸是否与某些边界条件有关,往往会导致铰链加强板设计不合理与设计时间的浪费。为了降低此问题的发生,结合CAE典型分析案例与大数据研究,总结出利用前舱盖外板参数驱动铰链加强板参数的设计理论,并将该理论运用在新开发车型的设计中。最后,进行了CAE分析验证。结果表明,该设计理论可使铰链加强板单车减重126.8 g,大幅缩短了设计周期,明显地改善了整车的性能。     

高效磨削自动化装备重载荷进给单元轻量化设计研究

利用当前常用的有限元分析工具,对大体积质量重的高精度的磨削装备的主体结构的横梁进行拓扑优化设计和仿真分析,实现其轻量化,结果显示该设计不但能实现其轻量化,减少弯曲挠度,还能有效提高其动态性能.     

正压富氧舱轻量化设计研究

正压富氧舱是一款面向长期工作在高原地区的高原病患者的医疗保健舱,通过提高舱内压强和氧气浓度的方式,创造正压富氧环境来缓解和治疗高原病。但是由于其本身质量较大,运输极其不便,高原地区的施工人员在出现高原病症之后因为缺少正压富氧舱而不能及时缓解症状,对他们的人身健康造成影响。本文以多人正压富氧舱为研究主体,在SolidWorks软件中建立相应的三维模型,通过ANSYS Workbench软件运用拓扑优化和多目标参数优化法,对正压富氧舱的舱体内壳、舱体外壳和夹层加强筋三个主要部分进行轻量化设计,最终在最大变形,最大应力量允许的变化范围内,保证了其强度、刚度和安全性的同时,对正压富氧舱整体减重了24%,达到了轻量化的目标,为后续更深入的研究提供了一些理论依据。     

乘用车前舱盖烘烤变形改善方案

通过对前舱盖结构设计和生产工艺分析,说明导致前舱盖烘烤变形的原因;对比不同改善方案下采集的前舱盖间隙面差变形数据,总结最优的改善方案,减少前脸尺寸匹配缺陷,提升整车感知质量。     

某重型汽车变速箱箱体轻量化设计

本文以国内某重型汽车变速箱箱体为分析对象,应用HyperMesh对其进行四面体网格划分,之后对其进行自由模态和两种工况下的仿真分析,然后应用OptiStruct对其指定空间进行拓扑优化,以达到在一定约束条件下减少重量的目的。拓扑优化后重新对模型进行仿真分析并找出其应力集中和变形较大的区域,之后利用HyperMorph对其相应区域进行自由形状优化以消除应力集中和较大变形,最终使该变速箱箱体在结构、强度、刚度达到最优化,为汽车变速箱箱体轻量化设计探索有效的方法和途径,具有一定的工程实际意义。     

某机载电子设备轻量化设计研究

某型飞机严酷的载机环境对其列装的电子设备的重量和结构可靠性提出了更高要求。文中通过整机布局优化、功能模块整合、主承载结构优化的并行设计方法对机载电子设备开展减重设计,并进行了结构动力学仿真分析。结果表明,在满足结构力学性能基础上,减重设计后的设备质量降低了13%,并通过了随机振动、冲击等环境适应性试验。文中采用并行设计的方法,实现了电子设备轻量化设计,可供电子设备结构设计参考。     

特种车辆车体结构的轻量化设计研究

结构轻量化设计是确保自然灾害救援车具有良好抗冲击能力和高承载性能从而以最快速度到达灾害救援现场的重要保证。以某型特种车辆的车体结构为研究对象,提出了车体结构概念优化设计-局部优化设计-详细优化设计的总体优化技术方案,综合采用拓扑优化、形貌优化、尺寸优化等优化设计方法,得到了最佳的车体结构设计方案,通过实际验证,取得了良好的车体结构轻量化设计效果,为同类装备的轻量化设计提供相关参考和借鉴。     

基于逆向工程和拓扑优化的支座轻量化设计

基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支座的轻量化设计。首先通过逆向工程建立起支座三维模型;其次,通过静态有限元应力分析给出优化的约束条件;然后以最小体积分数为优化目标,以最大Von-mises应力和最大位移为约束,以单元密度为设计变量完成支座的轻量化设计。结果表明,在满足所有约束条件下,优化后的支座质量降低了近18%,效果较好。     

基于逆向工程和拓扑优化的转向节轻量化设计

逆向工程与拓扑优化技术广泛应用于汽车零部件轻量化设计,特别是结构轻量化、工艺轻量化等方面。采用逆向工程和拓扑优化方法对某型车辆转向节进行了轻量化的研究。首先采用逆向工程,在转向节的外表面喷涂显像剂,运用手持式三维扫描仪对转向节进行数据采集,基于Geomagic Wrap软件完成转向节点云数据的优化,点云数据封装,建立起转向节三维模型;其次确定转向节优化的边界,对转向节开展静力分析,根据转向节装配要求与设计经验,重构出转向节优化设计空间,以最小体积为优化目标,采用变密度法完成转向节的拓扑优化设计;然后根据拓扑优化设计结果,结合结构制造工艺,重构转向节结构,并开展有限元静力分析验证,最终实现了转向节的轻量化设计。     

基于区间分隔的卡车车架轻量化设计

采用拓扑优化方法进行轻量化设计时,若模型较大,则直接拓扑计算的结果会比较混乱,针对此问题,提出一种基于区间分隔的车架轻量化设计方法。先根据使用要求把拓扑区间分隔成几个小的区域以使计算结果更加清晰;然后采用基于拓扑计算的高强度螺栓优化布置方法以bar单元模拟螺栓并计算其相对密度;最后,根据计算结果准确地确定零件中高强度螺栓的位置。在对某型卡车车架结构进行轻量化设计的过程中,始终以保证其刚度和强度等性能满足典型工况的使用要求为前提,同时根据设计目标的不同不断调整、细化设计变量与约束条件,再综合使用拓扑优化和尺寸优化法求解。结果显示,该车架优化设计后总质量减小了60.4kg,减重率超过10%。     

大型桥式起重机减速器箱体轻量化设计

在齿轮箱箱体强度和模态分析的基础上,采用拓扑优化方法对箱体进行了轻量化设计,在满足箱体可靠性的条件下,优化后箱体质量减轻约15%,通过箱体优化前后的性能对比分析,验证了箱体改进的合理性。     

全承载式客车车身结构轻量化设计

以某全承载式客车车身结构为基础车型,构建拓扑优化模型,把车身侧围及顶盖部分区域作为设计空间;以质量分数为约束条件,加权柔度最小为目标;选取最为常见的四种极限工况,通过Hyperwork软件中的OptiStruct进行计算,经过若干论迭代后得到拓扑优化的结果。根据拓扑优化结果,结合工程要求及规范和客车车身应具备的整体性能,指导客车车身设计,在保证车身结构性能要求的前提下,合理布置材料,提高材料的利用率,减少冗余,达到车身结构轻量化的目的。     

电动汽车电机悬置框架的安全性能和轻量化研究

针对电动汽车电机悬置及其框架结构,从悬置的布置、框架的结构、框架装载的电器件等方面研究了悬置框架的设计方法;对框架结构进行整车碰撞分析,评估悬置框架的安全性能。为了实现轻量化的目的,将悬置框架的材料改为铝合金,并对结构进行优化;碰撞分析结果表明:铝合金材料框架满足碰撞要求,重量可减轻2.8kg。