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低噪声、高强度塑料机油冷却器盖结构优化设计研究
| 论文题名： | 低噪声、高强度塑料机油冷却器盖结构优化设计研究 |
| 关键词： | 汽车发动机;机油冷却器盖;塑料制件;优化设计;振动噪声;结构强度 |
| 摘要： | 近年来，节能减排日益成为人们关注的焦点，而汽车轻量化作为节能减排的有效途径之一，也受到人们的重视。为降低发动机质量，达到节能减排的目的，发动机中越来越多的金属零件被工程塑料制件所取代，而机油冷却器盖也是其中的一个。但塑料机油冷却器盖距离振动激励源较近且属于薄壁件，容易产生较大的辐射噪声;同时采用工程塑料材质，刚度小强度低，容易产生裂纹等强度问题。所以本文以塑料机油冷却器盖为研究对象，对其进行振动噪声和结构强度仿真计算并以低噪声和高强度为目标对其进行结构优化。主要研究内容如下: 建立塑料机油冷却器盖结构有限元模型并通过模态试验对该模型的正确性进行了验证;建立机油冷却器盖内腔流体模型并与机油冷却器盖一起构成流固耦合模型，对其进行耦合模态分析与对比，结果表明机油冷却器盖内腔冷却液的存在对其频率和振型都有着较大的影响，在后续的仿真计算及优化过程中应当考虑流体与固体的耦合作用。 选定典某型工况，测取螺栓点处的加速度信号，采用模态叠加法对塑料机油冷却器盖进行频响分析，得到罩盖速度响应并对其振动特性进行分析;基于上述计算结果进行虚拟声功率级预测，提取其中的关键频率作为优化目标;同时，计算了机油冷却器盖内腔流体压力，将其映射到机油冷却器盖上进行应力应变计算分析;最后计算了等压下的应变能并将其作为优化目标。 在塑料机油冷却器盖底面增加一层设计空间，采用加权指数法将各优化目标归一化为一个总目标，同时施加约束条件，对塑料机油冷却器盖进行多目标拓扑优化。 在塑料机油冷却器底面布置加强筋并定义加强筋参数变量，根据最优拉丁超立方进行样本点设计，得到加强筋试验设计矩阵;根据试验设计矩阵建立流固耦合模型并计算得到各优化目标的取值;将加强筋各参数变量作为输入，各优化目标计算结果作为输出，采用响应面模型(RSM)建立输入与输出的近似模型并对该近似模型的正确性进行验证;以低噪声、高强度和加强筋体积小为优化目标，采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对加强筋参数进行优化。 优化后塑料机油冷却器盖振动噪声都有所下降且整体结构强度增加，为塑料机油冷却器盖的设计提供指导。 |
| 作者： | 郭迁 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理；动力机械及工程 |
| 导师： | 张俊红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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