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汽车变速器箱体有限元分析与拓扑优化设计
| 论文题名： | 汽车变速器箱体有限元分析与拓扑优化设计 |
| 关键词： | 工程车辆;变速器箱体;拓扑优化;结构刚度;有限元分析 |
| 摘要： | 随着汽车技术的不断飞速发展，汽车造成的能源消耗和污染物排放等问题日益突出，节能减排的思想不断深入人心。发展节约型社会已成为各国发展前进不可或缺的趋势。汽车轻量化作为节能减排的有效方法之一，具有一定的实际价值和指导意义。 本文结合某企业实际生产需求，针对某工程车辆变速器箱体在生产试用中发现的质量偏大和可能出现结构刚强度不达标等问题。对该变速器箱体进行了自由模态、模态试验、结构刚强度、结构拓扑优化等研究分析，从而实现轻量化设计。 在简单阐述国内外汽车轻量化研究现状、变速器箱体轻量化技术和结构优化设计方法的基础上，采用有限元分析技术和拓扑优化设计方法相结合的设计理念。根据该工程车辆变速器箱体的二维设计图纸在CATIA中建立其三维模型，并在Hypermesh中建立有限元分析模型。基于上述条件，对变速器箱体进行自由模态、约束模态分析和相关模态试验研究。仿真结果显示，该变速器箱体具有一定的动态特性。试验结果表明，计算模态与试验模态有6阶是相互吻合的，且计算误差在3%以内，表明了在Hypermesh中建立的有限元模型的正确性。 其次，研究变速器箱体在相应静载荷工况下的结构刚强度。结合机械设计基础和材料力学方法对箱体所受的载荷进行分析求解，得出该变速器箱体在机械档和液压档工况下的载荷分布。利用有限元分析软件ANSYS对不同工况下的结构进行结构刚强度分析。分析结果表明，在三种工况下该变速器箱体的最大应力小于该箱体材料的许用应力，且其相对变形量较小，不会影响内部机构的工作性能。 最后，基于变密度法建立其数学模型，在Optistruct中定义相应的设计变量、约束函数和目标函数，进而实施优化设计。根据优化云图对箱体开展结构改进，并对改进后的变速器箱体进行相应的有限元分析，发现结构改进后的箱体动态特性和结构刚强度与原箱体基本保持一致，且质量降低了约7%，实现了预期的效果。此外为了研究新型合金材料对变速器箱体轻量化的作用效果，在上述结构优化的基础上，利用铝合金材料替代铸铁材料，实现进一步轻量化工作。 |
| 作者： | 蔡春杰 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 田晋跃 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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