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考虑不确定性的控制臂拓扑优化设计及其疲劳寿命预测
| 论文题名： | 考虑不确定性的控制臂拓扑优化设计及其疲劳寿命预测 |
| 关键词： | 汽车控制臂;不确定性;有限元方法;拓扑优化;疲劳寿命 |
| 摘要： | 目前，汽车在人类生活中的使用愈加广泛，由此带来的石油能源消耗及环境污染问题已引起了全世界的关注。而汽车轻量化设计将成为有效减少汽车燃油消耗及尾气排放的重要途径，因此汽车轻量化已成为全球研究热点，而对汽车零部件进行结构优化设计是实现汽车轻量化设计的主要途径。但目前的研究基本上均未考虑不确定载荷对设计结果的影响，且少有学者对设计结果进行疲劳寿命校验。 针对这种状况，本文以汽车控制臂为研究对象，采用具有针对性的方法——结构拓扑优化设计，并且在设计时分别考虑随机路面和极限工况对设计结果的影响。对于两种情况下结构拓扑优化设计结果，本文分别重新建模，且基于名义应力法分别校验其结构疲劳寿命。结果显示：考虑随机路面的设计结果在强度、刚度、轻量化及疲劳寿命方面的综合表现较好。本文具体工作主要包括： （1）简要介绍悬架工作原理及控制臂作用，且基于实际情况调整ADAMS/Car中悬架拓扑模型；选取极限工况，计算选定工况下的轮胎接地力，且根据轮胎接地力利用ADAMS/Car悬架静态仿真得到控制臂载荷；对随机路面进行描述，建立与其对应的ADAMS/Car路面模型，利用悬架动态仿真得到控制臂载荷曲线。 （2）对本文所用变密度法进行简要阐述；根据实际模型建立控制臂边界模型，并对该边界模型进行有限元建模以用于拓扑优化设计；根据计算所得两种情况下的控制臂载荷，以柔度最小为约束和体积最小为目标，分别对有限元模型进行拓扑优化计算；对优化结果重新建模，且验证设计结果是否满足强度、刚度及轻量化要求。 （3）简要分析了疲劳寿命估计方法，根据材料S-N曲线建立控制臂的S-N曲线；选取六种工况对控制臂进行疲劳寿命计算，且利用有限元方法分别计算两种优化结果和原模型的应力；根据计算所得应力及建立的S-N曲线检验设计结果是否满足疲劳寿命要求。 |
| 作者： | 范凯杰 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 汪忠来 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 电子科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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