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面向3D打印技术的转向节优化设计研究
| 论文题名： | 面向3D打印技术的转向节优化设计研究 |
| 关键词： | 汽车转向节;面向3D打印;强度分析;更换材料;创成式设计;填充控制 |
| 摘要： | 由于传统制造工艺的限制，汽车的结构设计往往依赖于传统设计方法，但3D打印技术的出现使得突破传统设计成为了可能。3D打印技术能够加工各种复杂几何结构，极大提高了设计自由度。为了更好的发挥3D打印技术在汽车结构设计中的作用，本文以汽车转向节为例，探索面向3D打印技术的结构优化设计方法。 本文首先总结了公理设计体系的内容和3D打印的能力，然后在公理设计体系的基础上，提出了面向3D打印的结构设计体系，补充了方法域的概念，分析了面向3D打印的结构设计约束和设计目标，总结了面向3D打印的结构设计流程，简要分析转向节的设计思路，从方法域中确定了更换材料、创成式设计和填充控制的设计方法。 本文选择将原转向节使用的40Cr材料换为更轻便的铝合金材料，为了保证转向节的安全性，需要先对转向节进行强度有限元分析，进而确定转向节的应力集中部位，对薄弱部位进行初步设计，增加材料，然后换为铝合金材料，并进行有限元仿真，验证重新设计模型的安全性。 针对盲目增加材料导致的材料利用率较低的问题，采用创成式设计方法对模型重新设计，通过调节体积限制和质量分布两大参数生成不同设计方案，经过筛选对比选择出最佳设计方案。 3D打印分为建模、切片和打印三步，在切片过程中，不同的填充形式对零件的力学性能影响很大。因此选择填充方式、填充率、外轮廓圈数及打印方向为影响因素，首先通过控制变量法分析不同影响因素对零件力学性能的影响趋势，然后通过正交实验法确定影响因素的主次关系和最优水平，并完成零件的打印。 |
| 作者： | 汪孟前 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张继春 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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