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SUV汽车悬架下摆臂的轻量化研究
| 论文题名： | SUV汽车悬架下摆臂的轻量化研究 |
| 关键词： | 汽车悬架;下摆臂;轻量化设计;有限元模型 |
| 摘要： | 节能与安全是汽车行业发展的两大主题，汽车重量的减轻不仅能有效降低燃油消耗量，减少尾气排放；还能提高汽车的操纵稳定性和安全性。汽车底盘是中国汽车研究与开发的重要领域，其中悬架系统及其零部件的轻量化是底盘研究的重要方向。悬架系统是汽车的重要组成部分，其传递地面作用在车轮上的力及力矩给车身，同时保证车轮和车身按照一定的规律运动，保证车辆的安全平稳行驶。因此下摆臂是悬架的重要传力部件和导向机构，在保证其结构性能的前提下实现轻量化目标。本文主要从以下几个方面进行下摆臂的轻量化研究。 （1）首先利用多体动力学软件ADAMS/car建立了麦弗逊前悬架模型并仿真分析，将悬架各性能参数的仿真结果与对标车的实车测试结果进行了对比，再以对标车的测试结果为目标，以衬套刚度为变量修正了悬架模型，使各性能参数的仿真曲线与对标车的变化曲线基本吻合，得到了有效的悬架模型。 （2）在有效的悬架模型上，分别对最大垂直力工况、最大侧向力工况和最大制动力工况进行准静载仿真，获得了下摆臂在连接点处所受的载荷。再在Hyperworks中建立了下摆臂的有限元模型，对其进行了静力分析和自由模态分析。静力分析过程中利用惯性释放原理加载仿真工况，分析了下摆臂在这三种典型极限工况下的受力特点。 （3）以下摆臂的有限元分析结果为依据，取结构应力、应变能及固有频率为结构性能指标，确定了合理的优化方案。首先在Hyperworks中对下摆臂采用折衷规划法建立多工况加权应变能的目标函数，以体积分数为约束，对下摆臂进行拓扑优化。再参考拓扑优化结果，对下摆臂进行了几何重构。 （4）对重构后的下摆臂进行尺寸优化，以上下板厚度为设计变量，并利用多级容差序列算法对各工况的应变能进行约束，实现了下摆臂质量最小的优化目标。 最后对新下摆臂进行了有限元分析，并对优化前后的下摆臂结构的强度刚度性能和自由模态进行了对比，结果表明新下摆臂的结构性能均有一定提高且质量减轻了8.2％，说明下摆臂轻量化有成效，在保证了结构性能的前提下，达到了减重的目的。 |
| 作者： | 耿娟 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 赵燕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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