承载式碳纤维缠绕内衬钢管车架轻量化设计

使用碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)替换原金属材料是汽车轻量化设计的新途径。对于连接要求高、空间结构复杂的车架结构采用碳纤维缠绕内衬钢管的形式来实现材料的部分替代是一种新的思路。以承载式CFRP层缠绕内衬钢管车架为研究对象,在保证车架安全性的前提下,基于HyperWorks软件的复合材料优化模块,通过自由尺寸优化、厚度参数优化和铺层顺序优化3个步骤对CFRP层进行质量寻优;考虑承载式CFRP层缠绕内衬钢管车架的制造工艺性,对CFRP层的优化结果进行调整以满足制造要求。优化后,承载式车架质量较原钢制车架质量减少了23%,且在满载弯曲、急刹车、急转弯和侧翻等极端工况下满足刚度和强度要求。     

碳纤维复合材料自行车车架轻量化设计

文中考虑到碳纤维增强复合材料轻质高强的特点,利用灰色关联分析方法对碳纤维增强复合材料自行车车架开展铺层优化设计。通过材料力学性能试验获得碳纤维增强复合材料力学性能参数,并建立碳纤维增强复合材料自行车车架有限元模型,结合正交试验设计与灰色关联分析法,综合考虑自行车车架的质量、模态频率、强度和刚度等性能指标,对碳纤维增强复合材料自行车车架进行铺层厚度和角度优化设计。优化后,与原钢质自行车车架相比,在满足性能要求的前提下,CFRP自行车车架减重78.85%,取得了较好的轻量化效果。     

燃料电池轿车前副车架轻量化设计

建立了前副车架有限元分析模型,计算了前副车架在多种工况下的应力、应变分布,并对前副车架进行模态分析;将钢制前副车架改为镁合金轻质材料制作,并针对前副车架应力应变分布不均匀及2阶纵向弯曲模态不合理,进行结构的优化设计,实现了前副车架自身质量减轻46%;对轻量化设计后的前副车架进行了强度、刚度及模态验证,表明轻量化设计后的前副车架,在保证使用性能的前提下,实现了前副车架质量合理分配及强度、刚度合理匹配。     

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。     

基于多目标优化的钢-铝混合轻量化车架设计

以国产某SUV车架为研究对象,建立了车架有限元模型,对车架进行弯曲刚度、扭转刚度分析,并进行模态分析和模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定了材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成铝合金,得到钢-铝混合轻量化车架。针对钢-铝混合轻量化车架刚度和模态性能的减弱问题,采用基于折中规划法的多目标形貌优化方法对部件进行优化改进,提高了车架的刚度和模态性能。设计结果表明,使用钢、铝材料结合多目标优化方法设计的钢-铝混合轻量化车架相比原钢质车架在保证一定的刚度和模态性能条件下,质量减轻了6.7kg。     

基于OptiStruct的电动轿车副车架的结构优化

针对从燃料电池轿车副车架质量冗余问题,从轻量化研究入手,使用计算机辅助设计软件进行了结构分析,采用铝合金材料,对某燃料电池汽车副车架进行了结构优化,并对新设计的副车架进行了校核.分析结果表明,新副车架在轻量化的同时,各项性能都较原件有很大的改善,该方案为燃料电池汽车轻量化的进一步发展提出了建议.     

微型电动汽车车架结构轻量化设计研究

为了提高微型电动汽车车架材料的利用率,利用Creo软件建立三维模型,并导入ANSYS Workbench软件对原车架模型进行有限元静态、模态分析,依据分析结果进行结构改进。对改进后的车架进行力学特性验证分析,发现应力偏大。根据车架强度要求,基于Design Xplorer模块建立车架多目标驱动尺寸优化模型,对车架梁布局进行分析,获得较合理的优化方案;最后对优化后的样车进行动力性能试验研究,验证车架的安全稳定性。结果表明:轻量化后的车架质量比原车架减少了74. 58 kg,降低了27. 74%;而最大等效应力增大了15. 42 MPa,提高了17. 44%,但仍远远低于材料的屈服极限,符合车架强度要求。     

某车型铝合金前副车架拓扑优化概念设计

首先采用虚拟路面整车模型动态提载的方法确立了原钢制副车架各硬点在典型工况下的载荷，以此载荷作为铝合金副车架拓扑优化概念设计阶段的载荷输入。在Hypermesh的Optistruct模块对原副车架包络体进行拓扑优化，将体积百分比和加权柔度作为优化响应，以最小化加权柔度为目标，以体积百分比为约束条件，并引入对称约束与制造约束，进行多工况拓扑优化，获得了副车架最佳受力结构。采用材料替换的方法以铝代钢，拓扑优化概念设计后的副车架在不低于原副车架性能目标的前提下实现减重1.84kg，轻量化率达11.5%。通过对概念阶段的铝合金副车架进行性能分析，结果表明，铝合金副车架满足设计要求，此方法对于副车架概念设计阶段具有一定的可行性。     

电动轿车副车架的疲劳试验及仿真分析

通过原设计的副车架进行的疲劳试验,研究了副车架工作环境和特性;在优化软件的协助下,对原副车架进行了疲劳仿真分析;同时对采用新材料的副车架也进行了疲劳仿真分析.经过对比分析得出,新副车架在轻量化的同时各项性能都较原件有很大的改善.     

基于应变能分析的后副车架电机前悬置安装点动刚度优化设计

NVH是整车性能的重要衡量指标之一,电动汽车电驱动后独立悬架中,电驱动动力总成一般通过3个或4个悬置安装在后副车架上,而后副车架电机悬置安装点动刚度对动力总成隔振与噪音有很大的影响。为了保证整车的NVH性能,需要对后副车架的电机悬置安装点进行必要的动刚度分析与优化。现通过CAE分析得出其前悬置安装点在高低频段X、Z向动刚度较低,需要进行优化。通过约束模态与动刚度联合分析识别出动刚度低谷所在频率值,然后针对这几个频率值进行动刚度应变能分析,通过应变能的分布对后副车架结构进行优化设计,做到有针对性加强,从而提高电机前悬置安装点X、Z向动刚度,使得X向动刚度与Z向动刚度均达到了15000 N/mm的目标值。整个优化设计完成后后副车架的总质量没有增加,在充分提升动刚度的同时做到轻量化,同时该分析优化方法对其他电动车副车架悬置点动刚度优化提供了借鉴方法。     

矿用自卸车车架副梁轻量化设计

利用Pro/E对MK32-50自卸车车架副梁进行三维建模,将模型导入到Workbench中并对其进行有限元静态分析,得到模型的整体应力分布及其变形状况。以副梁的设计结构为设计变量,对副梁轻量化提出合理方案,并利用Workbench校核轻量化的副梁,最终在满足车架副梁工况的前提下提高材料的利用率。经过轻量化设计,在保持原有强度不变的前提下车架的重量减轻了60.5 kg ,降幅为11.2％。     

铝/碳纤维复合材料保险杠轻量化设计

对保险杠进行轻量化设计,并保证碰撞安全性,用铝/碳纤维复合材料替换原保险杠防撞梁钢质材料。分别对保险杠各部分厚度及碳纤维铺层角度进行了设计,确定了铝合金和碳纤维的厚度,探讨了铝合金和碳纤维板的厚度对碰撞性能的影响,通过采用对碳纤维铺层角度优化的方法提高碰撞安全性。通过拉丁超立方采样得到的试验样本,用移动最小二乘法建立近似模型并验证其精度,利用多目标遗传算法对近似模型寻优,确定了碳纤维最佳铺层角度,得到优化后铝/碳纤维复合材料保险杠防撞梁。与原钢质材料的保险杠相比,优化后铝/碳纤维复合材料保险杠质量减轻了36.497%,且满足碰撞安全性要求。     

重型自卸车主副一体式车架轻量化优化设计

建立了TY型重型自卸车主副一体式车架有限元模型,通过稳态力学分析发现该车架整体强度过大,对车架结构进行了轻量化优化设计。该优化模型以车架部件的板厚为设计变量、以车架的总质量最小作为目标函数、以车架的强度作为约束条件进行了多工况下的优化,并对优化后的车架进行刚度对比分析,在保证整体强度和刚度的前提下,优化后的车架比原车架质量减轻9%,取得了良好的轻量化效果。     

直升机减速器机匣碳纤维轻量化设计与验证

采用碳纤维复合材料替代铸铝合金材料对某直升机减速器主承力机匣进行了轻量化设计。在保留原设计硬点条件和满足结构强度/刚度条件下,实现机匣减重达21.8%。通过热模压制造了等比例的四分之一碳纤维机匣,对机匣进行了静力加载和疲劳测试。结果表明,碳纤维机匣在1.5倍设计载荷下静力测试未破坏,设计载荷下疲劳测试循环次数达到2万多,满足设计要求,从而验证了直升机减速器主承力机匣碳纤维轻量化的可行性。     

基于ANSYS与ADAMS/Car联合仿真的轿车副车架结构分析

以制动工况为例,利用ANSYS与ADAMS/Car联合仿真的方法对某轿车副车架进行结构强度计算和模态分析。静力计算结果与材料许用强度的分析以及模态频率与激振频率的分析表明:采用联合仿真的方法可以快速有效的验证副车架的强度及动态性能是否满足使用要求。该方法可为缩短副车架开发周期及相关改进设计提供参考。     

基于HyperWorks与ADAMS/Car联合仿真的后副车架轻量化研究

以制动工况为例,根据ADAMS/Car软件仿真计算得到的载荷,对后副车架有限元模型进行静态及动态特性分析。在确定具有优化余量的前提下,以副车架优化区域每个单元的单元密度为设计变量,以加权应变能最小为优化目标,采用变密度拓扑优化方法进行轻量化设计,最终实现后副车架减重7.4%。对优化后的副车架进行强度及模态校验,结果表明新结构满足使用要求,且质量分配更加合理,为副车架的优化及改进设计工作提供了一定的参考。     

某乘用车副车架轻量化改进

由对应车型工况得到副车架的12种工况,对各工况的受力情况进行对比,选取两个危险工况对副车架进行静力分析,找出应力分布较小的部件,此部件在危险工况下的变形特征为旋转,故对其进行旋转刚度质量系数分析,以研究结构尺寸参数对旋转刚度的影响,进而提出轻量化改进方案,并经同工况下的有限元静力分析验证了改进效果。     

某主副一体式自卸车车架强度特性分析

介绍了一种新型主副一体式低重心、轻量化车架结构,运用Pro/E软件建立起新旧车架总成的三维模型。根据车辆实际受力情况,设置相应的载荷和边界条件,建立起车架基于HYPERMES的有限元模型,计算了4种典型工况下车架的应力并进行了车架的固有模态特性分析。结果表明:该新车架较原车架有更好的静态强度和动态特性,且新车架质量减少了6.5%,重心下降了14.4%。     

考虑振动特性的钢铝复合车架多学科优化

以国内某款纯电动轻卡车架为研究对象,利用正交试验法开展零件材料对车架性能的显著性分析,确定高强铝合金板材替换方案,以获得钢铝复合车架。针对钢铝复合车架与驾驶室发生共振等问题,采用考虑静态刚度和动态频率的多学科优化模型,进一步对钢铝复合车架进行多厚度匹配设计优化。结果表明,轻量化车架在保证性能的前提下,第4阶频率提高1.5 Hz,避开了危险频率范围;车架总质量减小13.5 kg,减重幅度为7.2%。     

某车架有限元建模及仿真研究

本文根据有限元方法建立了某半挂车车架结构的有限元模型,并确定其载荷的简化和施加方法,在此基础上分别探讨了该车架的静态强度和动态特性,并对该车架的动态特性进行了分析研究。结果表明该车架能够满足各种性能要求,在额定载荷作用下,车架的局部应力接近材料的屈服应力,但是车架结构整体应力较小,为后续车架的优化设及其轻量化研究计提供了重要的理论依据。