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原文传递复合材料悬架横臂的优化设计

论文题名：	复合材料悬架横臂的优化设计
关键词：	复合材料;汽车悬架摆臂;优化设计
摘要：	汽车轻量化设计是一种有效的达到节能减排的手段。而悬架横臂质量减轻可以有效减少簧下质量,提高舒适性。碳纤维复合材料是一种新型材料,其密度小,比模量高。本文主要研究如下:结合麦弗逊前悬架摆臂的特点,探讨碳纤维复合材料摆臂的设计方案。该方案是以复合材料初始设计为基础、结合结构拓扑优化与铺层厚度优化的设计方案。　　本文以金属(铸铝)横臂模型的刚度指标为设计约束,对复合材料横臂进行等刚度设计,在满足刚度目标的条件下,以体积最小为设计目标,对复合材料臂进行优化设计。　　首先确定麦弗逊悬架三个极限工况:紧急制动工况、转弯工况、路面垂直冲击工况的横臂载荷的大小,以铸铝材料为模型原型进行有限元分析,算出载荷施加点的位移大小,得出刚度参数。由复合材料初始铺层设计原则,知0度方向铺层抵抗拉压,45度铺层抵抗剪切。三个工况下,载荷对材料产生的力学效果不同,根据载荷大小的比例,得出铺层角度0度、45度、90度的比例。再利用optistruct的复合材料超级层模块这一工具,根据刚度位移约束,结合复合材料制造工艺要求,进行初始铺层层数设计。然后在该设计数据基础上进行结构拓扑优化,找到最佳质量分布。再重构几何,对新的几何,作以金属臂的刚度为约束,质量最小为设计目标,每一层的厚度为设计变量,进行铺层厚度尺寸优化。　　最后将优化后的复合材料悬架横臂与原型金属材料横臂进行质量比较,结果表明等代设计的复合材料臂不仅质量上更轻,刚度也更好。因此本文这一套复合材料横臂的设计与优化方法可以给其他复合材料结构工程应用提供一定参考。
作者：	高希
专业：	车辆工程
导师：	杨世文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	中北大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文