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插电式混动车悬架控制臂轻量化分析与研究

作　者: 周荣涛
导　师: 陈吉清
学　校: 华南理工大学
专　业: 车辆工程
关键词: 轿车悬架控制臂轻量化结构性能优化设计
分类号: U469.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 26次
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内容摘要

汽车及其零部件的轻量化越来越受到人们的重视，控制臂作为汽车悬架系统比较重要的零部件，其轻量化有着十分重要的意义。控制臂作为汽车悬架系统的传力和导向元件，对汽车行驶平顺性和操纵稳定性具有很大影响，它将作用在车轮上的力或力矩传递到车身上，同时保证车轮能按照一定轨迹运动，因此对控制臂结构刚度、强度、疲劳寿命等具有较高的要求，所以通过强度、模态分析及其优化设计，在保证控制臂结构性能的基础上实现轻量化的目的。本文以插电式混动车的轻量化项目为依托，综合使用多体动力学、有限元分析方法及结构优化设计方法对悬架控制臂结构进行了分析研究。首先根据多体动力学理论，建立了半车模型以提取控制臂结构分析所需的边界载荷，利用所得载荷对控制臂结构进行了强度和自由模态分析；其次，对控制臂原结构性能分析结果进行研究，控制臂采用了折衷规划多工况拓扑优化设计方法，以控制臂质量分数为约束，综合考虑了动静态性能多指标函数作为目标，对重新确定了设计区域的控制臂结构进行拓扑优化；再次，对比分析不同静动态指标权重下的优化结果，选取最佳权重比并参考优化设计结果进行了模型重构，对新得到的控制臂模型进行了有限元分析；然后，对拓扑优化前后的控制臂结构的刚、强度性能和自由模态进行对比分析，对比结果显示，优化设计后的控制臂模型的结构性能均有不同程度的提高且减重效果良好；最后，利用Ncode疲劳分析软件，采用S-N分析方法对优化设计后的控制臂模型进行了疲劳分析，新设计模型满足使用要求，具有良好的可靠性和耐久性。本文在控制臂结构轻量化的过程中，对基于折衷规划法的静动态多指标拓扑优化方法进行良好的应用，优化过后的控制臂在结构性能指标有所提高的基础上，达到了减重的目的。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-10
第一章绪论  10-16
  1.1 论文研究背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-13
    1.2.1 有限元分析方法的应用  11
    1.2.2 控制臂优化技术研究现状  11-13
  1.3 课题的目的和意义  13
  1.4 论文研究流程  13-16
第二章悬架控制臂多体动力学分析  16-22
  2.1 多体动力学分析理论  16-17
    2.1.1 控制臂载荷获取方法的选择  16-17
  2.2 控制臂载荷分析  17-20
    2.2.1 建立多体动力学模型  17-18
    2.2.2 虚拟工况的建立  18-19
    2.2.3 控制臂载荷的获取  19-20
  2.3 本章小结  20-22
第三章悬架控制臂结构性能分析  22-40
  3.1 有限元模型的建立  22-26
    3.1.1 几何模型处理  22-24
    3.1.2 控制臂材料及单位制  24
    3.1.3 网格划分  24-25
    3.1.4 建立衬套连接单元  25-26
  3.2 悬架控制臂结构强度分析  26-32
    3.2.1 惯性释放原理  26-27
    3.2.2 添加各种工况载荷  27
    3.2.3 控制臂结构强度计算结果分析  27-32
  3.3 自由模态分析  32-38
    3.3.1 模态分析原理  32-33
    3.3.2 模态提取方式  33-34
    3.3.3 定义分析问题  34-35
    3.3.4 控制臂计算模态结果分析  35-37
    3.3.5 结构模态结果评价  37-38
  3.4 本章小结  38-40
第四章悬架控制臂结构优化分析  40-64
  4.1 结构优化方法  40-42
    4.1.1 结构优化设计流程  42
  4.2 悬架控制臂拓扑优化设计  42-50
    4.2.1 拓扑优化方法研究  43-45
    4.2.2 基于折衷规划法的优化模型研究  45-47
    4.2.3 静态指标的多工况优化目标函数  47-49
    4.2.4 动态固有频率优化目标函数  49
    4.2.5 综合考虑静态和动态指标的优化综合目标函数  49-50
  4.3 静动态指标权重的研究分析  50-55
    4.3.1 不同权重下优化结构对比分析  50-55
  4.4 控制臂拓扑优化后有限元分析  55-62
    4.4.1 基于优化结果的改进设计  55
    4.4.2 改进后控制臂强度分析  55-60
    4.4.3 控制臂改进方案自由模态分析  60-62
  4.5 控制臂结构优化前后性能对比  62-63
  4.6 本章小结  63-64
第五章悬架控制臂疲劳分析  64-78
  5.1 疲劳寿命基本理论研究  64-67
    5.1.1 疲劳累计损伤理论  64-65
    5.1.2 疲劳分析方法  65-67
  5.2 疲劳载荷谱获取试验  67-72
    5.2.1 试验目的  67
    5.2.2 试验对象  67-68
    5.2.3 试验条件  68-72
    5.2.4 试验过程与结果  72
  5.3 载荷谱  72-73
  5.4 控制臂疲劳寿命分析  73-75
    5.4.1 疲劳结果分析  75
  5.5 本章小结  75-78
总结与展望  78-80
参考文献  80-83
攻读硕士学位期间取得的研究成果  83-84
致谢  84-86
附件  86

插电式混动车悬架控制臂轻量化分析与研究

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