基于OptiStruct的汽车轮毂轻量化设计研究

基于有限元分析方法,采用拓扑优化理论对某车型轮毂结构开展轻量化设计研究,提出不同约束条件下的轻量化轮毂方案,进行对比分析。首先依据现有车型数据设计初始轮毂结构,基于车辆运行的典型工况校核原始模型的服役强度,之后结合拓扑优化方法研究不同工艺约束、体积约束条件下的轻量化方案,并考察优化设计方案的可行性及合理性,为轮毂结构的轻量化设计提供一定的参考依据。

基于拓扑优化理论下汽车轮毂结构轻量化设计

汽车轮毂结构轻量化设计是在保持轮毂功能和性能不变的前提下,尽可能降低其质量,从而减轻整车重量,提高燃油经济性和行驶性能。该文采用OptiStruct通过对轮毂结构进行建模和网格划分,确定了有限元分析的计算模型。然后,在考虑强度、刚度和质量等多个设计约束条件的基础上,利用OptiStruct进行调整材料分布和形状,充分利用材料的受力特性和结构优势,实现了轮毂质量的有效降低,同时保证了其强度和刚度的需求。通过对优化后的汽车轮毂材料进行静态加载测试、动态加载测试和耐久性测试,验证轮毂在实际使用中的稳定性和可靠性,结果表明,优化设计方案能够满足汽车轮毂在各种工况下的设计要求。该研究为汽车轮毂轻量化设计提供了一种有效的方法和技术支持,在汽车工程领域具有一定的理论和实践意义,为汽车轮毂轻量化设计和工程应用提供了有益的参考和借鉴。

家用轿车轮毂结构及轻量化设计

轮毂是承载汽车安全的重要安全部件,轻量化设计是实现节能减排的、降低运输成本的主要措施之一,本文进行了汽车结构设计与轻量化研究。以某型号家用轿车汽车轮毂为研究对象开展轻量化研究,利用UG软件创建汽车轮毂三维实体模型,进行有限元静力学分析,分析结果发现某型号家用轿车汽车轮毂刚度和强度存在一定的余量,在不影响汽车轮毂结构强度、刚度的前提条件下,对轮毂重新设计优化分析,轻量化后某型号家用轿车汽车轮毂质量从5.62kg减轻到5.37kg,质量减轻了4%。设计提出了汽车轮毂轻量化的分析体系,为之后汽车轮毂的轻量化和整车轻量化设计提供一些参考。

煤矿提升机天轮轮体的变形分析及轻量化设计

作为多绳摩擦式提升机中的重要构成部分,天轮轮体工作时需承受较大载荷,易发生变形。以JKMD-5.7×4型提升机为研究对象,在概述提升机整体结构的基础上,应用ANSYS分析了天轮轮体的静力学变形情况,发现总变形量能满足要求,但总质量相对较大,可进行轻量化设计。通过减少2根轮辐同时增加轮辐宽度的方式进行轻量化设计,结合ANSYS确定的轮辐宽度增加量为110 mm,轻量化设计后的轮体结构刚度与优化前基本相同,但总质量减轻了25.462%,达到了轻量化设计的效果,为企业创造了很好的经济效益。

重型车辆铝合金轮辋挤压成形技术及应用

轻量化是重型车辆节约能源和减少排放的有效措施,是提高车辆性能的重要途径。针对重型车辆传统采用钢制轮辋质量大、难以有效减重的问题,为推进重载汽车轻量化进程,开展铝合金轮辋挤压成形技术及应用研究。系统研究变形温度、变形次数对7A04合金组织与性能影响的基础上,提出7A04合金逐次控制变形技术,在480℃下4次变形,可获得较好的综合力学性能,解决了高强铝合金常规成形塑性差的问题;开发的空心坯料反挤压成形技术,主应力分析表明可减小接触面上正应力,解决了铝合金轮辋成形力大的问题,在12.5 MN挤压液压机上实现10.0-20轮辋的整体成形。7A04合金轮辋替代传统钢制轮辋减重55%以上,已通过实车考核并批量应用,为装备的轻量化提供新的技术途径。

商用车发动机怠速运转方向盘抖动控制研究

汽车发动机怠速运转时方向盘的抖动严重影响驾驶舒适性,利用振动测试与模态分析方法研究方向盘怠速抖动原因,发现方向盘工作状态模态频率与发动机二阶激励频率相近,从而引起方向盘共振。为降低方向盘振动,提出两项改进措施,包括结构优化和方向盘轻量化设计。最后通过试验验证了改进措施的有效性。

基于高耐久寿命的减速器壳体轻量化实现方法

纯电动汽车随着电驱动系统的引入,整车非簧载质量大大增加,操纵稳定性恶化,轮边减速器的轻量化问题亟待解决。重点研究减速器壳体的轻量化设计方法,使其在满足高耐久寿命的前提下,最大程度实现轻量化。首先对壳体进行了受力和有限元分析,分析结果表明应力最大值远小于壳体疲劳强度,因此存在轻量化空间。依据壳体疲劳寿命的要求计算出壳体允许承受的最大应力,以该最大应力为约束,对壳体的结构进行了优化。最后应用虚拟疲劳耐久仿真方法对壳体进行了检验,结果表明壳体符合高耐久寿命要求,从而验证了轻量化的合理性。

安钢600 MPa级高强度轻量化车轮钢的开发与应用

介绍了安钢在1780 mm热连轧生产线上,利用控轧控冷工艺和微合金强化技术,研发抗拉强度600 MPa级的高强度轻量化商用车车轮用卷板及应用情况.通过对材料进行轮辐试制,轮辐成形合格率达到99％以上,对总成车轮进行了径向和弯曲疲劳试验,其疲劳寿命比SS400提高近6～8倍,并对材料进行焊接和低温韧性试验.试制结果表明,该钢不仅实现了轮辐总重量降低了13％的轻量化,而且具有高的疲劳寿命、良好的塑性、低温韧性和焊接性能.

带肋轮边减速器箱体的有限元分析与优化

针对联合工况下带加强肋的轮边减速器箱体,建立其有限元模型,分析其载荷边界条件,对其进行静力分析,并得到有限元分析结果.在此基础上,优化箱体上存在的应力集中以及加强肋的厚度和类型.优化后的箱体较原箱体减轻4.25%.观察优化后箱体的应力分布,发现这种轻量化设计方法合理且对带肋箱体的优化设计具有借鉴意义.

汽车方向盘骨架轻量化设计

首先,以某车型方向盘轻量化设计为目标,建立方向盘骨架梁体混合分析模型,依国家及企业标准规定的试验方法和评价指标,对其进行静强度和模态分析,并对分析结果进行试验验证。其次,将骨架截面参数化,以标准规定的方向盘性能评价指标为响应,对不同截面形状参数进行灵敏度分析。最后,以灵敏度分析找出的非敏感参数作为设计变量,以性能评价指标为约束条件,进行方向盘骨架轻量化设计。研究结果表明:文中所提的三步轻量化法高效可行,在满足方向盘法规要求的前提下,能提高方向盘骨架轻量化设计的效率和精准性,该方法对同类机械结构轻量化设计具有一定的工程指导意义。

汽车轮毂材料轻量化与造型设计研究

随着汽车工业化发展进程加速,能源使用量日益增加,同时环境污染问题也增加。汽车轻量化是减少环境污染的有效途径,汽车轻量化设计已成为重要的研究方向。轮毂作为乘用车的重要组成部分,是当前汽车轻量化研究的重点内容之一。本文通过对近现代多种品牌汽车轮毂的材料以及材料加工工艺和轮毂造型设计进行分析,发现轮毂的轻量化与轮毂的材料、轮毂加工方式、轮毂的造型三方面有关。轻金属材料的运用是实现汽车轻量化的有效方式,轮毂材料以及加工工艺的演变为:从传统的锻造、铸造加工发展为数字3D打印技术的个性化定制,小批量生产。加工工艺的进步在很大程度上影响轮毂造型设计,轮毂造型设计的轻量化可以直接影响到汽车的刹车系统安放,以及行驶过程中的舒适性、安全性、稳定性等特性。

斗轮堆取料机斗轮体结构分析与优化设计

为实现斗轮堆取料机斗轮体的轻量化,利用ANSYS参数化设计语言APDL建立某型斗轮堆取料机斗轮体的参数化模型并进行有限元分析。在有限元分析的基础上,以满足最大Von Mises应力为约束条件,建立以斗轮体的总体积最小为目标函数的优化模型,对斗轮体的结构尺寸进行优化设计。通过优化设计,可使斗轮体的总质量减少6.54%,实现了斗轮体轻量化的设计目标,也显著缩短了斗轮体的设计周期,提高了产品设计的效率,为斗轮堆取料机的结构分析和优化设计提供了新思路和新方法。

基于CAE技术的典型轮毂轻量化设计过程研究

介绍了汽车轮毂轻量化设计的意义,详细阐述了汽车轮毂轻量化设计的过程,并以实际轮毂为样本,根据CAE软件对轮毂的力学性能进行的数据模拟分析,对轮毂结构进行了改进,达到了轮毂轻量化设计的目的。

超高分子量聚乙烯塑料基体负重轮轻量化技术研究

针对履带式车辆负重轮的轻量化问题,提出以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)塑料为基体制备复合材料负重轮,利用ABAQUS分析软件对不同负重轮结构进行静力学仿真计算,冯米斯应力(Von·Mises应力)结果显示,轮辐式结构的最大应力较小,受力更加均匀;且轮辐式负重轮比圆盘式负重轮的质量轻15.5%;同时设计一体化模压成型工艺,利用正交试验法选择最优工艺参数组合:成型温度为255℃、成型压力为14 MPa、成型时间为1.5 h,解决了UHMWPE塑料与橡胶黏合难的问题。最后,通过本体取样试验及黏合强度试验分别验证复合材料负重轮的力学性能和橡塑黏合强度性能,证明了该工艺的可靠性。

复合材料车轮结构轻量化的研究

减轻汽车质量、降低燃油消耗和减少排放污染成为汽车工业发展的核心问题,车身的轻量化对于整车轻量化起着举足轻重的作用,采用轻质材料是车身减重的重要途径。该文以某汽车为对象,采用复合材料对车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸进行结构轻量化优化设计,使车轮的重量最小化。对优化后复合材料车轮进行车轮弯曲疲劳试验,其应力、应变、位移值与优化前相近,但在重量上减轻了10.436%。

基于ANSYS的三轮摩托车车架的轻量化设计（英文）

为了减轻三轮摩托车车架重量,优化车架结构,采用有限元理论的方法,在不同工况下对车架进行载荷仿真,分析车架应力和应变;利用ANSYS软件的Design Explorer模块,研究车架参数轻量化设计方法,获得车架轻量化设计方案。该方法对三轮摩托车的车架结构进行优化,为车架的结构改进和轻量化设计提供理论依据。

斗轮堆取料机俯仰机构的机构-结构一体化优化设计

为了解决工程机械传统设计中只考虑机构或结构单一元素的优化问题,提出一种综合考虑机构和结构的轻量化设计方法。对斗轮堆取料机的俯仰机构进行运动学和静力学分析,选取合适的设计变量和约束条件,以俯仰机构的总重量最小为目标函数建立了优化模型。同时考虑到工程机械中常使用型材作为主要支承件,构造了离散的型材变量与连续变量映射关系的连续阶梯函数。优化后俯仰机构的总质量明显减少,并对优化前和优化后的俯仰机构进行了对比分析。结果表明:所构造的函数不仅起到了连续变量结果进行过滤的效果,还达到了函数的离散变量连续化的效果;优化后俯仰机构的总质量、配重、斗轮的角加速度、液压缸驱动力以及各杆的受力等都得到了优化。

轮边电驱动减速系统齿轮腹板的轻量化设计

针对轮边驱动减速系统的齿轮腹板进行了轻量化设计。使用有限元仿真软件对齿轮模型进行拓扑优化,根据拓扑优化结果采用控制变量法进行轻量化设计。对不同设计方案的齿轮腹板进行有限元分析,比较不同结构的应力分布情况,得出最优的齿轮腹板轻量化设计方案。

长玻纤增强热塑性复合材料车轮径向载荷下的强度仿真

为提高复合材料车轮仿真的准确性,采用高性能长玻纤增强热塑性复合材料作为车轮材料,探索在考虑材料各向异性的情况下联合使用Moldflow,Digimat和Abaqus对车轮强度进行仿真的方法,并针对具体车轮采用该方法按照国家标准进行径向载荷下的强度仿真与分析.研究结果表明:复合材料各向异性特性对车轮应力、应变的分布及最大值均有较大影响;在同一位置是否考虑材料各向异性影响得到的应力值最大相差达314%.该方法可提高长玻纤增强复合材料车轮强度仿真计算结果准确性,可为车轮的进一步轻量化提供参考.

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测.基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分.以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证.结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.