钢-铝混合驾驶室材料-结构轻量化设计

为了得到更为完善的商用车驾驶室轻量化设计,提出了钢-铝混合驾驶室材料-结构一体化轻量化方法。首先基于灵敏度分析、等刚度近似理论与等强度理论建立了性能驱动的材料选择方法,并针对钢制驾驶室初步设计了钢-铝混合材料方案。然后通过折衷规划法的拓扑优化识别了驾驶室关键传力路径,并加强了相关结构。其次考虑驾驶室零件厚度、截面尺寸设计参数,建立了驾驶室质量、刚度及模态性能的径向基函数的代理模型,并采用多目标粒子群优化方法对驾驶室进行多目标优化设计。优化结果表明,在满足驾驶室刚度、模态和碰撞性能的要求下,驾驶室质量减轻了12.8%。该方法对钢-铝混合驾驶室轻量化有实际的工程指导价值。

基于拓扑优化的车身接附点结构设计

对车身接附点进行了截面简化模型的拓扑优化结构优化设计研究。以某车型前排座椅安装点结构设计为例,建立车身及座椅骨架等结构的有限元仿真模型,并进行刚度及强度性能分析,确定了相关评价指标;以安装点位置的截面作为优化对象,建立了一种车身接附点的截面简化拓扑优化模型,以安装点刚度为目标,对结构进行内部加强和外部特征的两种方式的优化设计;根据拓扑优化结果,对安装点位置截面进行了重新优化设计,共解读出4种优化方案,对比各方案得出:特征方案明显优于内部加强板方案。

基于区域灵敏度及空间多层形貌的车身设计

提出了区域灵敏度分析方法,并通过设定关键区域的区域厚度变量,将灵敏度分析对象由单个零件的厚度变成关键区域的区域厚度变量。提出了基于优化空间重组及灵敏度筛选机制的空间多层形貌优化技术,对零件沿法向正反两个方向进行了结构形貌优化,并将两种方法应用到某车身轻量化设计中。应用实例表明,该方法可以成功地实现关键区域的灵敏度分析,并能大大缩短车辆开发时间优化。

面向刮底安全的电池包防护结构轻量化设计

为保护刮底工况中的电池包,提出了一种铝合金防护结构的截面-布置设计方法。建立了整车刮底仿真模型,并定义了电池包模组侵入量目标,通过对防撞梁进行三点静压试验和仿真分析验证了材料模型的准确性;对铝合金防护梁的截面进行拓扑优化,确定了防护结构的最优截面形状为“人”字形结构;对比分析了不同截面形状、安装位置和布置参数对刮底性能的影响,并研究了刮底防护的机理;最后,构建了混合近似模型,采用多目标海洋捕食者算法对结构进行截面-布置优化。研究结果表明,优化后的两种铝合金防护结构方案与原钢制结构方案相比,分别减重59.6%和46.8%,且电池模组侵入量满足要求。

基于AVR单片机的直流电动机的PWM调速系统设计

本文介绍用AVR单片机实现直流电动机的PWM调速的方法。

基于薄板承载特性的车身接头结构设计方法

接头作为白车身框架的关键结构,合理的接头设计对白车身承载能力的提升具有重要意义。本文以B柱下接头为研究对象,提出了基于薄板承载特性的车身接头通用结构设计方法。首先阐述了薄板结构的载荷类型、传力方式和承载特性,为后续的通用接头结构提供理论基础;其次通过灵敏度分析识别了接头载荷条件,用于分析接头的薄板承载特性;然后建立了T型接头薄板的设计规则,并归纳了接头通用结构设计。应用实例与试验表明:接头刚度和车身扭转刚度分别提升35%和8.5%,质量仅增加0.16%。该方法可以快速、有效地改进接头结构设计,提升车身刚度性能。

钢-钢-铝三层板自冲铆接成形质量及力学性能研究

研究了高强度钢(HC420/780DP)-高强度钢(HC340/590DP)-压铸铝合金(JDA1b和Al Si10MnMg-T7)3层板预开孔自冲铆接的可行性,并评估了钢板厚度及下层板材料对接头成形质量的影响。通过剪切和十字拉伸试验分析了接头的力学性能,并观察了其失效形式。结果表明:使用上层板预开孔方法能够实现三层板间的自冲铆接;接头切底量随着上层板和中层板厚度的增加而降低,并且中层板厚度对接头切底量的影响更为明显;相比JDA1b压铸铝合金,下层板材料为Al Si10MnMgT7压铸铝合金的接头的切底量更大;接头峰值载荷及能量吸收均随着接头切底量的降低而降低;剪切接头和十字拉伸接头的失效模式均为铆钉与下层板脱离;铝材断裂失效分为脆性断裂和韧性断裂。

基于空间多层形貌优化的车门轻量化设计

针对传统形貌优化技术的起筋只能沿板件法向正方向的局限性,应用空间多层形貌优化技术解决了该问题,结合工艺可行性、结构功能及性能等要求,对车门内板进行结构轻量化设计,并进行了实车门刚度台架试验验证。在不增重的前提下,提高了扭转刚度,满足了车门设计目标要求,实现了车门轻量化设计。

多层钢-铝板材搭接形式对铆接件的剪切力学性能的影响

使用HC340/590DP先进高强度钢和JDA1b铸铝材料组合制备自冲铆接接头,采用不同的搭接形式对自冲铆接接头进行实验,以探究其力学性能与搭接方式的关系。通过接头剖面金相评价了接头质量,使用静态力学拉伸探究了接头的强度、失效形式,并通过对载荷-位移曲线进行积分得出各类型接头的能量吸收特性。实验结果表明,伸长率为11%以上的JDA1b铸铝作为底层板材可以为接头的有效成形提供保障;3种不同搭接形式的接头平均失效载荷为F_(S_(1))(5.04kN)<F_(S_(2))(7.08kN)<F_(S_(3))(9.88kN);接头能量吸收值为E_(S_(1))(1.435J)<E_(S_(2))(4.226J)<E_(S_(3))(27.525J)。以接头失效载荷及能量吸收等力学响应作为工程结构应用指标,在受外部载荷或脱落力影响明显的结构中推荐使用S_(3)搭接组合形式;在受疲劳振动影响明显的部件中推荐使用较高能量吸收值的S_(2)搭接组合形式。

压铸铝材料稳定性对自冲铆接接头成形质量和力学性能影响

研究了两个批次的AlSi10MnMg铸铝合金中合金成分波动以及不同热处理对自冲铆接接头成形质量和力学性能的影响,共制作了8种HC340/590DP钢和AlSi10MnMg铸铝合金的钢-铝接头。结果表明:第1批材料的Si含量高于第2批,导致抗拉强度偏高,伸长率偏低。第1批材料的接头剖面参数中的底切值低于第2批材料。两批材料的接头剪切失效模式一致,剥离和交叉拉伸的失效模式不同。由于第1批材料的抗拉强度高于第2批,第1批材料的接头剪切峰值力均高于第2批,但由于材料伸长率低,能量吸收低于第2批。在剥离和交叉拉伸试验中,第2批材料的接头峰值力和能量吸收均优于第1批材料。热处理能够改善自冲铆接接头的成形质量和力学性能。

工艺参数对钢-铝板材自冲铆接接头成形和性能的影响

使用HC340/590DP先进高强度钢和AlSi10MnMg-T7铸铝材料组合制备自冲铆接接头,研究了不同类型铆钉的长度、硬度对钢铝异种材料铆接成形接头的机械响应。结果表明,定义的参数对铆接质量和力学响应有明显影响。在上层钢板厚度较小或铆钉硬度为H5的组合状态下,接头的失效模式为下层板脱出;在铆钉硬度为H6组合状态下,接头的失效模式多为铆钉断裂。结合失效模式以及力学性能发现,铆钉断裂会明显降低能量吸收水平;使用6.0 mm长度的铆钉接头的失效载荷均在7.3 kN以上,随着铆钉长度的增加,作用在板材间的钉身面积增大,单位载荷不变的情况下失效载荷呈现增大的趋势。接头组合底层铝板较厚或铆钉硬度为H5时,能量吸收性能表现突出,且能量吸收水平随板厚的增加而提高。