基于有限元法的车架轻量化技术研究

车架刚度对车架结构的承载能力起着决定性作用,车架的模态特性关系到整车的舒适性,因此在保证足够的刚度和良好的模态性能前提下,对汽车车架结构进行轻量化设计具有重要现实和理论意义。本文以某SUV车架为研究对象,首先分析车架各部件灵敏度,选取优化部件;然后,根据结构优化设计理论,分别定义优化设计变量、约束函数和目标函数;最后,建立车架结构轻量化设计的数学模型,对车架结构进行尺寸优化设计。     

方程式赛车车架的轻量化设计

以大学生方程式赛车为实例,研究在满足整车振动频率、强度、刚度等约束的前提下,运用有限元分析软件对车架进行拓扑设计和尺寸优化.根据赛事规则,初步建立车架主体结构,运用ANSYS对车架结构进行拓扑设计,得到合理结构;以车架扭转刚度、车架结构性能等为评价标准,以管件尺寸为设计变量,对车架结构进行尺寸优化;通过试验验证,8字绕环测试成绩较原有提高5.3％.最终车架质量相较于原始车架减轻了3.804 kg,减重幅度达到12％,且各项性能指标均有大幅度提升,取得了良好的轻量化效果.     

基于拓扑和形貌优化的摩托车底板轻量化分析

摩托车座垫底板作为整车的重要受力部件,结构强度分析和轻量化设计对整车的安全节能具有重要意义。基于HyperWorks优化软件,建立座垫底板的有限元模型,进行静力学分析,并根据分析结果,对其进行拓扑和形貌的组合优化设计,得到了最优材料分布和加强肋布局的座垫底板结构。优化结果表明,优化后的摩托车座垫底板,在满足刚度要求的前提下质量减少了10%。该方法为摩托车座垫底板的结构设计和轻量化设计提供了良好的参考依据和思路。     

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。     

某客车车架结构多目标拓扑优化设计

整车轻量化的设计需求目前在所有汽车行业的车型开发中占有非常重要的地位,且此需求贯穿了每个项目开发设计的整个过程。车架是整车轻量化设计的重要研究对象。基于整车轻量化设计需求,采用基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,以某中型客车车架的柔度最小化为目标函数,以体积比和一阶模态频率作为约束条件,对弯扭联合工况下的车架进行结构拓扑优化设计。经计算获得满足约束条件并使车架柔度最小的车架拓扑形态,为该型客车车架提供了结构的概念化设计方法。     

基于正交试验-形貌优化法的钢铝复合车架设计

以某国产SUV车架为研究对象,建立车架有限元模型,对车架进行弯曲、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,得到钢铝复合轻量化车架。针对钢铝复合车架刚度和模态性能的减弱问题,采用折衷规划法的多目标形貌优化对部件进行优化改进,提高车架的刚度和模态性能。研究结果表明,采用正交试验结合多目标形貌优化法得到的新车架在质量减轻6.7kg的同时提高了刚度和模态性能,达到了良好的轻量化设计效果。     

某车架的可靠性分析及轻量化研究

车架是非承载式车辆的重要承载部件,对保证汽车安全行驶起着重要作用,因此保证车架的可靠性尤为重要。对车架进行轻量化研究对保障车辆安全性、节能减排以及减少生产成本等方面有重要的现实意义。首先建立某车型的车架参数化模型,并在此基础上进行可靠性分析,得到车架的位移概率分布图及可靠性数据,然后用ANSYS的优化模块对车架进行优化,最后应用ISIGHT联合ANSYS对其进行结构轻量化研究。结果显示,ISIGHT联合ANSYS优化得到车架模型尺寸较为理想,达到了轻量化设计的目的。     

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。     

基于相对灵敏度分析的自卸车车架轻量化设计

在Hypermesh中建立TY型自卸车车架有限元模型,对车架进行了弯曲和扭转工况下的强度与刚度分析,并通过模态试验验证了有限元模型的准确性。对车架部件进行柔度灵敏度、模态灵敏度和质量灵敏度的计算,基于相对灵敏度分析的结果确定优化设计变量,在保证车架刚度和低阶模态频率的前提下,对车架结构进行轻量化优化。结果表明:优化后车架的强度、刚度和低阶模态频率均有所提高,避免了应力集中现象,车架质量减少70 kg,验证了该轻量化设计方法的可行性。     

山地车车架结构灵敏度分析及优化设计

采用hypermesh软件建立山地车车架有限元模型,分析了车架在实验载荷工况下的等效应力和变形。使用hyperstudy和radioss计算了该模型在实验载荷工况下最大变形的灵敏度,并提出相对灵敏度绝对值较大的组件的弹性模量和厚度作为轻量化设计变量。在保证一定的强度、刚度条件下,按照高刚度、轻质量的要求对车架组件进行参数优化。根据优化后的参数,在radioss中对车架施加相同的载荷和约束,进行求解,优化后结果明显优于优化前方案。对于多参数结构优化问题,应用优化思路进行结构优化,能减小设计的盲目性和设计成本,加快新产品的设计开发。