基于多学科多目标的车架结构轻量化设计

针对某载货汽车车架的性能分析与轻量化问题,首先基于有限元方法建立车架离散化模型,对其进行弯曲刚度分析和弯曲刚度试验,验证有限元方法的正确性.然后对车架进行自由模态分析,获取其低阶模态频率.再建立整车刚柔耦合动力学模型,提取车架在转弯、制动和上跳工况下的载荷,并应用惯性释放方法对其进行强度分析.最后基于集成平台对车架主要...     

基于CAE/CAT/CAO的齿轮箱轴承结合部等效刚度识别方法

基于CAE/CAT/CAO技术,提出一种有限元模态分析、试验模态分析与Isight集成优化方法相结合的精确识别轴承结合部等效刚度的方法:1采用Abaqus有限元分析软件建立齿轮箱有限元分析模型,通过spring单元模拟轴承三个方向的等效刚度,并将其作为设计变量;2基于LMS模态测试分析系统对齿轮箱进行试验模态分析,得到包含轴承结合部信息的各阶固有频率和振型,并以试验模态分析得到的固有频率值作为优化目标值;3通过Isight软件集成Abaqus对轴承刚度进行寻优,使有限元模态分析的结果与试验模态分析的结果相一致。分析结果表明,该方法综合考虑了齿轮轴、箱体的柔性,具有较高的精度,优化后的齿轮箱有限元模型与试验模型动态性能一致性好。     

某SUV轿车副车架模态分析的实例研究

根据某SUV轿车副车架的实际结构,运用ANSYS Workbench 分析软件对其建立有限元模型。通过对有限元模型的模态模拟分析得到副车架的固有频率和相应振型,然后对副车架进行模态试验,通过比较实验结果与计算结果,验证有限元模型的正确性。最后通过改变U型横梁壁厚验证其对副车架整体模态特性的影响,为后续的结构优化提供参考。     

衬套刚度对扭力梁悬架模态分布影响研究

为分析和解决汽车扭力梁悬架系统振动引致的整车NVH问题,建立施加约束边界的悬架系统有限元模型并计算其系统模态。为了更确切地模拟悬架橡胶衬套在实际工作状态下所表现出的动态刚度特性,在有限元建模中提出一种衬套动刚度的当量方法,并结合试验验证阐明该方法的正确性。基于验证后的模型,以衬套刚度为影响因素,对悬架系统的低阶模态频率进行灵敏度分析,并讨论衬套刚度约束方向与模态振型之间的联系,最终揭示出衬套刚度对系统模态分布的影响规律。     

基于实测载荷谱的车架结构仿真优化方法及应用

为解决某型车辆在试验过程中出现的车架开裂问题，提出一种基于实测试验载荷谱与数值仿真分析相结合的车架结构优化方法，并在试验中得到应用验证。主要内容包括：建立集六分力传感器、加速度传感器、位移传感器、应变传感器为一体的多通道数据采集系统，获取实际行驶试验底盘载荷谱原始数据，利用零点漂移、去趋势项、去噪等信号处理技术得出载荷谱分析数据，采用定性与定量相结合的方法分析车架结构开裂的故障原因。建立车架有限元仿真模型，基于试验载荷谱分析数据，在不影响整体结构的基础上提出优化方案，计算比较优化前后的车架结构在典型受力工况下的力学特性，保证优化后受力满足要求。利用RPC迭代技术，基于实测载荷谱数据迭代计算得到响应驱动信号，应用于整车道路模拟试验台，开展台架试验，验证车架设计优化的有效性。最后对优化后的车架进行完整的可靠性行驶试验，结果表明：优化后的车架未发生故障且满足可靠性指标。该研究以解决实际问题为出发点，为整车高可靠性设计技术提供了有效、可行的方法。     

后悬下控制臂多学科多目标轻量化设计

针对某后悬下控制臂的轻量化问题,首先采用有限元方法对该下控制臂进行模态性能分析,分析结果表明其前第1阶模态频率和第2阶模态频率均大于轮胎的激励频率,满足模态性能要求。然后采用多点激励多点响应方法对该下控制进行模态试验,试验结果表明其模态频率的仿真值与试验值基本相同。再基于后悬架系统动力学模型提取该下控制臂连接点分别在后制动、跳动和转弯时的载荷,并且据此对其进行强度性能分析,分析结果表明其在3种典型工况下的应力均低于其材料屈服强度,符合强度性能要求。又采用多学科多目标平台对该下控制臂的结构参数进行优化分析,分析结果表明优化之后其前两阶模态频率值基本不变,其强度性能够满足设计要求,并且其总重量有所减轻,达到了轻量化的目的,最后对其优化方案进行实车验证,验证结果表明其具有较高的可靠性。     

基于轮心载荷的整车路噪分析与优化研究

为在设计研发阶段优化国内某型MPV汽车路面噪声问题,建立整车有限元模型。通过试验测得样车在实际道路上行驶时汽车转向节处的加速度,结合逆矩阵法、主成分分析法,利用Virtual. Lab软件求得路噪载荷激励。将该激励施加到CAE仿真模型对应位置进行计算分析,通过对比实测数据验证仿真建模的有效性。并基于整车模型进一步分析底盘关键部件对车内声压的灵敏度,依据分析结果,给出调整前副车架刚度、前控制臂刚度、前减震器衬套刚度以及后车架刚度等的解决方案包。优化后车内噪声各频率峰值均有明显降低,分贝值平均降低4.4 dB(A),对于缩短该型MPV开发周期和降低生产成本具有重要参考意义。     

叉车振动仿真及发动机总成悬置优化

利用ADAMS软件建立某型叉车整车在怠速工况下的振动仿真模型,并进行实验验证,实验表明通过采用对连接螺栓的柔性化方法可以有效提高叉车仿真模型的准确性。在此基础上利用ADAMS试验设计方法,对整车动力总成悬置刚度阻尼匹配进行优化,结果表明通过刚度阻尼的合理匹配能在一定程度上改善整车车架上的振动情况。     

某特种车空投着陆过程数值仿真分析与改进

在基于LS-DYNA的环境中对某特种车整车的空投着陆进行了数值仿真研究。根据该特种车空投着陆的实际要求和整车结构尺寸,采用有限元软件HyperMesh建立空投着陆特种车整车的有限元模型,调用LS-DYNA求解器进行求解,最后利用LS-PREPOSTD做后处理。通过数值仿真结果和试验数据的对比,验证了该整车有限元模型的有效性。根据数值仿真结果,分析了该特种车车架的受力情况,提出了一些相应的改进措施,从而为车架的实际优化提供了依据。     

基于灰色关联分析的碳纤维增强树脂复合材料控制臂铺层优化

采用碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)对悬架控制臂进行轻量化设计,为了充分发挥CFRP优异的力学性能,对CFRP控制臂进行多目标铺层优化。基于CFRP力学性能试验结果构建控制臂有限元模型,并通过有限元仿真对比分析钢质控制臂和CFRP控制臂结构性能。综合考虑质量、模态频率、刚度和强度等性能,基于正交试验设计方法,并结合灰色关联分析和主成分分析,对CFRP控制臂铺层参数进行多目标优化,确定最优铺层方案。结果表明,相比于原钢质控制臂,除纵向刚度略有下降外,CFRP控制臂其余结构性能指标均有所改善,并且质量降低40.23%,减重效果显著。     

轻型客车车身车架整体结构有限元模态分析

建立了某轻型客车车身、车架整体结构的有限元模型,计算了车身、车架整体结构和单独车架结构的振动模态,计算结果经过试验验证,表明所建立的有限元模型能够很好的反映原结构的振动特性。建立了车内空腔有限元模型,分析了车内空腔第一阶纵向模态。综合比较分析了车身、车架和空腔模态。     

爆炸冲击下悬挂系统性能验证及参数分析

基于地雷爆炸冲击环境下悬挂系统抗爆炸冲击性能的研究日益受到关注。针对某特种车辆在爆炸冲击环境下悬架系统的缓冲吸能性能进行研究,通过模态分析与模态试验对比验证有限元模型的准确性;建立整车爆炸环境,利用有限元仿真的方法对比分析防雷板加速度、车身底板加速度、假人小腿受力峰值,验证悬挂系统对车辆防护性能的作用。通过改变钢板弹簧刚度和弹簧阻尼系数进行悬挂系统参数分析。研究发现:无悬挂系统和有悬挂系统相对比,假人小腿受力峰值增加了57.3%;钢板弹簧片数为3时,假人小腿受力分别比2、4片时减少5.4%、6.4%。仿真结果表明了悬挂系统在地雷爆炸冲击环境下具有吸能缓冲的作用,且悬挂系统刚度影响整车的抗爆炸冲击能力。     

应用动力吸振器降低车内轰鸣噪声

通过整车车内噪声测试并对副车架进行模态分析,明确得出转速2 400 r/min附近车内轰鸣噪声来源是发动机2阶激励与前副车架第1阶模态产生共振。设计动力吸振器,再进行动力吸振器参数优化,提出抑制前副车架共振的工程方案。通过试验验证,该方案基本消除车内轰鸣噪声,改善整车NVH特性。     

空间可展结构复合材料薄壁圆管铰链多目标优化研究

复合材料薄壁圆管铰链在卫星天线、太阳翼等大型航天可展结构中具有广阔的应用前景,其结构参数设计极大地影响它在空间的工作性能。为提高复合材料薄壁圆管铰链的力学性能,首先建立复合材料卷尺弹簧的解析和有限元模型,分析其弯曲特性,进而建立复合材料薄壁圆管铰链的有限元模型并研究其折展和扭转特性,分析结构参数对铰链性能的影响规律。结果表明:增大开槽长宽比、减小铰链厚度直径比可以明显提高铰链的弯曲和扭转性能;选取铰链结构参数为设计变量,建立多目标优化数学模型,结合最优拉丁超立方试验设计方法,建立结构参数与铰链峰值弯矩、最大应力、扭转刚度之间的RBF神经网络代理模型,通过NSGA-Ⅱ遗传算法进行优化;优化结果表明:铰链的峰值弯矩提高44.8%,扭转刚度提高110%,同时质量下降20.4%,在提高复合材料薄壁圆管铰链力学性能的同时实现了轻量化,使得铰链机构的自驱动能力和自锁定能力有了全面的提高,为复合材料薄壁圆管铰链在空间可展开结构中的实际工程应用提供了理论依据。     

副车架计算模态分析中衬套动刚度的当量方法

针对副车架计算模态分析中橡胶衬套的处理问题,在有限元分析软件中以CBUSH单元模拟橡胶衬套,并以橡胶衬套动刚度的当量值作为CBUSH单元的刚度赋值。从动刚度与静刚度之比的角度出发,提出一种基于橡胶衬套静刚度的动刚度当量方法,称之为"橡胶衬套动刚度的修正系数当量方法"。运用正交试验设计,通过试验模态与计算模态的对比验证所提橡胶衬套动刚度当量方法的有效性,同时,明确不同位置的橡胶衬套对模型精度的影响规律,可应用于相关建模分析中。     

叉车车架的动态特性研究

笔者利用美国SDRC公司I-DEAS工程分析软件,以实体造型为基础,建立叉车车架的有限元动态分析用几何模型,并解算出各阶固有频率和主振型,同时又通过试验模态分析建立车架的动态模型,用实模态理论拟合出车架的各阶固有频率、主振型和阻尼比。并将有限元理论分析和实验研究相结合,提高了分析精度,为叉车整车的动力分析打下了可靠基础。本文介绍了有限元动态建模和分析的方法,模态试验中的系统组织、激励、频响测试、信号处理、模态识别等技术,并提出了一些值得讨论和进一步研究的问题。     

斜纹机织碳纤维/环氧树脂复合材料性能及其在电动汽车轻量化设计中的应用

采用均质法和单胞有限元法, 研究了斜纹机织碳纤维/环氧树脂复合材料的三维本构模型, 并应用于轻量化电动汽车结构的设计计算中。通过光学显微镜观测获得T300碳纤维/环氧树脂复合材料层合板细观结构几何参数, 依据参数建立了代表体积元的几何模型; 结合有限元分析方法与层合板理论对代表体积元模型进行受力分析, 获得了复合材料三维本构模型参数, 并运用单向拉伸与三点弯曲物理试验对所建立的本构模型进行了验证; 通过二次开发, 把该三维本构模型用于轻量化电动汽车结构件的设计中, 并根据汽车安全测试标准对所设计的结构进行了强度校核。研究表明: 运用所建立的三维材料本构模型进行的仿真实验结果与真实拉伸和弯曲试验结果相吻合, 误差分别为4.04%和7.79%, 可用于轻量化结构的设计; 研究开发的电动汽车, 轻量化效果明显, 在满足车身强度要求下整车质量减轻了12%。      

工程车辆车架动态特性分析及结构改进

车架的动态特性直接影响着整车的性能,因此车架结构动态特性分析在工程车辆设计工作中占有重要地位。以某工程车辆车架为研究对象,采用有限元分析方法与模态试验技术获取其固有频率与振型,结合发动机及路面的激励频率对其低频动态特性进行分析,并给出改进方案。结果表明,改型后车架的固有频率避开发动机怠速频率及路面激励频率,避免该工程车辆在怠速及路面行驶中可能产生的共振问题。     

汽车动力总成及其传递系统振动模态分析

对汽车动力总成悬置及其传递系统12自由度有限元模型进行模态分析,并对此系统施加垂直方向上的激振,分析其动态响应.评价动力总成和车前梁及副车架间橡胶垫的支撑刚度对其模态及激振动态响应的影响,对其变化规律进行探讨.并对车前梁及副车架与纵梁间的连接刚度对模态分析结果的影响进行了讨论.     

Stewart式六维力传感器轻量化设计

空间复合力测量是空间感知技术的重要发展方向之一。六维力传感器作为主要的空间复合力测量装置,被广泛应用于火箭发动机推力测试、航天器对接等领域。目前,轻量化已成为六维力传感器的主要研究方向之一,但由于其设计指标多且各项指标间存在相互制约,故采用理论推导、数值仿真及实验验证相结合的方法进行研究。首先,利用螺旋理论建立Stewart式六维力传感器在理想条件下的力映射模型,通过求解综合性能目标函数来确定其各向同性度理论最优时的结构参数。然后,利用ABAQUS有限元分析软件构建Stewart式六维力传感器仿真模型,并对其初始样机的质量、刚度、强度和灵敏度进行了详细分析;在此基础上,分析了上、下加载盘主要结构参数对传感器质量、刚度和强度的影响,进而对加载盘结构参数进行了优化并设计了一种具有正四面体特征的半球形减重结构,实现了传感器的轻量化设计。最后,对优化后Stewart式六维力传感器的性能进行了仿真分析和实验验证。结果表明,基于多目标参数优化结合数值仿真、实验验证可有效提高设计效率和降低设计成本;所设计的减重结构可有效改善Stewart式六维力传感器的质量分布和提高其质量利用率,优化后传感器的质量减小了17.65%且综合性能优异。研究结果可为六维力传感器的轻量化设计和综合性能优化提供参考。