汽车座椅骨架构件布局设计方法

传统的汽车座椅骨架构件布局依靠经验设计,不仅设计效率低,而且得不到性价比最优的结构.以某轿车后排座椅板管结构骨架为研究对象,基于结构拓扑优化设计技术,提出了座椅骨架构件布局设计方法.首先,根据骨架外观形状及尺寸要求,确定设计区域,并根据实际的安全带加载工况,建立设计模型;然后,以结构静刚度最大为优化目标,采用变密度法对结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果,提出2种不同的布局方案;最后,根据有限元分析结果确定最终的设计方案,并对优化设计结果进行行李箱后撞的安全性分析.研究结果表明,在骨架质量下降1.92%的情况下,整体静态刚度提高19.0%,并满足动态碰撞的安全性要求.采用所提出的设计方法,可以得到最优座椅骨架构件布局结构.     

CAE在汽车座椅轻量化设计中的应用

以汽车座椅靠背为研究对象,利用材料力学原理分别设计3种不同截面形状的钢制座椅靠背圆钢管,基于Hyper Works有限元软件对3种方案进行静强度模拟分析,运用密度法对新型铝合金座椅骨架进行拓扑优化设计。结果表明：截面为椭圆型的钢管比等截面面积的圆形钢管具有更大的抗弯强度,拓扑优化是一种有效的结构概念设计方法,使铝合金座椅靠背质量减轻16．5％,从结构和材料2方面实现了汽车座精轻量化的目的。     

基于有限元对卸料机翻转框架的轻量化设计

目的以翻转框架为研究对象,采用有限元对其进行轻量化设计,在满足强度和工作性能的条件下最大程度地减轻其质量。方法针对翻转框架的实际工况,利用拓扑优化和尺寸优化对翻转框架进行轻量化设计。在满足工作性能和翻转框架强度的基础上,对在上料工况和极限工况下的翻转框架进行强度分析,基于分析结果,对翻转框架先后进行拓扑优化和尺寸优化,并对比分析优化前后翻转框架的强度情况。结果优化后的翻转框架强度满足要求,其减重幅度达到了17%。结论设计出的卸料机翻转框架结构满足其强度和工作性能的要求,并达到了较好的轻量化效果。     

客车座椅轻量化的CAE优化分析

随着汽车行业以轻量化的方向进行发展,座椅在新开发与VAVE过程中,需按GB 13057—2003《客车座椅及其车辆固定件的强度》与GB 14167—2013《汽车安全带安装固定点、ISOFIX固定点及上固定点系统》及GB11550—2009《汽车座椅头枕性能要求和试验方法》的法规进行座椅动态测试,介于动态检测验证费用,且存在较多的不确定性,就必须在开发过程中对座椅进行CAE安全带固定点强度与静态分析,对照在厂内实验室的电脑伺服控制头枕冲击试验机与电脑伺服六轴座椅强度试验机对汽车座椅安全带固定点强度、座椅总成强度以及座椅靠背后部吸能试验,对应座椅的相应部分的刚度与柔度,以达到汽车座椅强度与吸能性要求,通过静态物性实验与CAE对照进行映证,再通过第3方动态实验的对参数与静态实验形成透视表,对CAE进行佐证,以确保动态测试的一次性通过率,提升开发与VAVE的周期并降低成本。     

周转铝箱的轻量化设计

目的 以某周转铝箱作为研究对象,通过有限元分析方法和正交试验设计对周转铝箱进行轻量化设计,以解决结构强度设计过剩的问题。方法 利用有限元分析软件Ansys Workbench对周转铝箱进行堆码工况的仿真分析,通过2个失效准则对分析结果进行评价,基于正交试验设计优化方案,通过Matlab软件对优化方案进行数学模型的建立及计算。结果 通过仿真分析,第1阶模态载荷因子为6.98,基于失效准则,周转铝箱的安全余量较大。根据极差分析,以箱体自身质量为唯一指标,确定了周转铝箱箱体侧柱厚度尺寸对箱体自身质量的影响最大,继而通过Matlab进行数学模型的建立以及计算,轻量化方案在满足工况使用条件的同时箱体的自身质量减少了9.88%。结论 轻量化设计后的周转铝箱符合强度失效和稳定失效2个准则,且满足实际工况使用条件,进一步说明采用正交试验法和有限元分析法进行轻量化设计的方案是可行的,实现了成本的减少,也提高了材料的利用率。     

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部件厚度值进行多学科多目标优化设计，分析结果表明优化之后车架静动态性能均符合设计要求，其总重量降低9.3 %，并且通过了整车道路可靠性试验的验证，实现结构与性能最优，轻量化效果比较理想。     

利用导重法进行结构轻量化设计

结构轻量化设计的目的是以最少的设计资源设计出性能合格的产品结构,以降低产品生产成本,提高产品性价比和市场竞争力。结构轻量化的实质是材料重量在结构几何空间内及构件间的合理分配。导重法是可用于产品结构轻量化的结构优化有效方法,它可适用于包括各类单元的各种产品结构构件尺寸优化与结构几何形状优化以及结构拓扑优化;其目标与约束可以涉及各种结构静动力性态。首先给出结构优化导重法用于结构轻量化设计的具有广泛一般性的数学模型及其求解方法。接着给出一种新的包络函数-方根包络函数,使数目庞大的应力与位移约束凝聚为单值强度约束与单值精度约束;还给出适用于多数产品结构轻量化设计的单性态约束优化实用模型与解法;最后给出两个产品结构轻量化的应用实例,验证了导重法用于轻量化设计的有效性与广泛适用性。     

空调缓冲衬垫有限元分析及优化设计

目的将有限元分析技术运用于空调包装件的静态堆码和跌落冲击性能分析和优化设计中。方法运用有限元分析软件,建立空调、缓冲衬垫的有限元模型。模拟包装件在静态和动态下的变形受力状况。以衬垫体积最小为目标函数,以衬垫及空调的最大应力值和变形值控制在许用值范围内为边界条件,对缓冲包装衬垫长光面省料槽的开槽宽度和长度进行尺寸优化。结果经过静压分析,缓冲衬垫变形量的最大值达到0.97mm,包装件受到的静应力最大值为1.56MPa;经过跌落分析,空调的最大加速度为493 m/s~2,空调外壳受到的最大静应力达到2.3 MPa;衬垫最大应力为1.12 MPa,衬垫应变为0.6%;经过优化分析,省料槽宽度约为26 mm,长度约为141 mm,分析表明衬垫设计满足缓冲防护要求。结论通过仿真分析和优化设计,可以对缓冲衬垫结构尺寸进行改进,在节约材料的同时能有效保护内装产品,可满足运输包装轻量化设计需求。     

基于Ansys的重型包装钢架箱工程轻量化设计

目的以某重型装备的运输用框架结构为研究对象,提出工程轻量化的设计准则及设计方案,以解决重型装备过度包装的问题。方法利用Ansys软件对运输用钢架包装箱的起吊工况和堆码工况进行数值仿真分析,并基于分析结果对经验设计方案进行改进。结果优化后的钢架箱质量减少了942kg,质量减少比例达到了43%,起吊工况静强度安全系数为2.14,堆码工况静强度安全系数为1.94,稳定性安全系数有4.96倍。结论工程轻量化设计后的钢架箱满足屈服强度失效准则和稳定性失效准则规定的安全性能,提高了材料的使用效率,包装成本显著减少。     

汽车座椅的人机工程学分析

目的研究汽车座椅人机工程的舒适性。方法从汽车座椅的人机工程学设计进行探讨,找到目前汽车座椅设计中的问题,并解决问题,促进我国的汽车工业不断向前发展。结论汽车座椅的设计从人们的实际需求入手,进行人性化的设计。满足人们心理需求的汽车座椅,才可以被消费者和市场所接受,从而创造更大的价值,除了座椅的造型之外,座椅的人机工程学设计,成为了汽车座椅设计的关键要素。     

小型民用客机座椅舒适性设计研究

目的研究一种机载小型民用客机座椅及其舒适性设计。方法通过对现有小型民用客机座椅的现状进行调研,建立小型民用客机座椅舒适性分析模型。结论指出小型民用客机中座椅及其组件的设计除了需要满足相应适航规章的要求与航空座椅人机工程学的要求外,还需在最大限度保证乘客乘坐安全的前提下,尽可能从座椅的造型、色彩、结构、材料等内容上,为乘客提供生理及心理两方面的舒适性感受。为此,研究给出了相应的设计方案。     

Computational evaluation of automotive camber component for light-weight design

Due to global warming, environmental issues are one of the most interesting issues in the world. Especially for automobiles that emit pollutants, the issue of lightweight design is one of the important research areas. Thus, this study deals with the lightweight design of a camber link, an automotive suspension component, through finite element analysis. With reference to the camber link made of steel (SM45C) material that has been proven by commercialization, we will replace it with A356 aluminum alloy material to reduce the weight. Here, the design was changed through finite element analysis to reinforce the reduction of rigidity due to material substitution. In particular, we propose a method of designing a camber link considering the safety factor by analyzing the change of stress applied to the suspension. The weight reduction of about 14 % was achieved through static analysis using the weight factor. Using the dynamic optimization method through static analysis using the weight factor and stress ratio, it can be seen that the application is convenient and easy for the lightweight and optimal design of automobile parts.     

泡沫铝填充汽车车架的抗振性研究

为探讨满足汽车自身轻量化、环保、舒适和安全方向发展需要的新途径,以某汽车为例,初步设计了泡沫铝填充结构车架,并应用有限元分析软件ANSYS对其进行了静态与动态分析。结果表明,该新型结构车架在满足自身性能要求下,其动态特性明显提高,从而抗振性得到提高。     

基于感性工学的驾舱座椅CMF研究及中式元素设计应用

目的 结合感性工学相关理论,借助眼动仪开展设计研究,实现中式驾舱座椅CMF设计优化,并为今后的相关设计实践提供借鉴依据。方法 提取所研究产品的意象信息与相应的CMF设计样本,建立汽车座椅CMF设计实践过程中的感性工学评价模型,通过明确感性意象与选定样本之间的映射关系进行方案设计;结合眼动追踪技术实验进行汽车座椅CMF方案评价,获得中式汽车座椅CMF设计方案。结果 将感性工学理论运用到汽车座椅的CMF设计实践中,有利于优化调整座椅CMF的设计思路;通过眼动试验能够对基于用户感性需求座椅CMF设计方案进行评价优选。结论 在进行汽车驾舱的座椅CMF设计时,不仅需要从产品本身出发来考虑其设计要素、实用性与合理性,还要从用户的角度入手,从感性层面对用户进行分析研究,结合感性工学原理构建的设计流程与方法,将CMF设计实践过程中的颜色遴选、材质、表面处理等环节进行合理化调整,有利于CMF设计方案的优化。     

Lightweight design of bus frames from multi-material topology optimization to cross-sectional size optimization

A comprehensive solution for bus frame design is proposed to bridge multi-material topology optimization and cross-sectional size optimization. Three types of variables (material, topology and size) and two types of constraints (static stiffness and frequencies) are considered to promote this practical design. For multi-material topology optimization, an ordered solid isotropic material with penalization interpolation is used to transform the multi-material selection problem into a pure topology optimization problem, without introducing new design variables. Then, based on the previously optimal topology result, cross-sectional sizes of the bus frame are optimized to further seek the least mass. Sequential linear programming is preferred to solve the two structural optimization problems. Finally, an engineering example verifies the effectiveness of the presented method, which bridges the gap between topology optimization and size optimization, and achieves a more lightweight bus frame than traditional single-material topology optimization.     

可溶球座密封环密封性能分析与结构优化

可溶球座压裂后无需钻除作业,可自行溶解而实现井眼全通径,已成为致密油气水平井分段体积压裂的关键工具。可溶球座密封环的密封性能决定着水平井压裂作业的成败,因此开展了密封环密封性能的仿真分析及其结构优化研究。分析了可溶球座密封环的工作原理,运用有限元仿真方法分析了其密封性能。结果表明,坐封完成后密封环所受最大应力达到182.26 MPa,存在局部破坏的风险。进行了密封环材料和结构的优化设计,分析了各结构参数对密封性能的影响。优化后可溶球座能在50 kN坐封力的作用下安全坐封,密封环与套管内壁和滑动体的最大接触应力均大于压裂液压力,且接触应力分布较为均匀,满足密封要求。密封环结构优化后,可溶球座的密封和安全性能得到了提高。研究结果可为可溶球座密封环结构的改进提供参考。