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力流导向的汽车控制臂仿生轻量化设计
| 论文题名： | 力流导向的汽车控制臂仿生轻量化设计 |
| 关键词： | 汽车控制臂;仿生轻量化设计;尺寸优化;力流导向 |
| 摘要： | 控制臂作为汽车悬架系统的传力和导向元件，其性能好坏直接影响整车系统的综合性能，为了确保汽车稳定行驶并灵敏转向，要求控制臂在满足其刚度和强度基础上重量足够小。针对控制臂的极限轻量化需求，结构优化技术已为其结构设计、优化提供了较好的理论指导，但这种基于迭代搜索的优化设计属于黑箱优化，无法给出优化结果的力学解释，结构仿生作为一种新的设计理念，可为控制臂的轻量化设计提供新思路，但现有结构仿生设计方法仍然存在一定的主观性，有待探索新的研究思路。本文以解决控制臂极限轻量化需求为目标，开展力流导向的控制臂结构仿生设计方法研究。主要研究工作包括： (1)结构传力路径可视化及传力性能评价。基于传力路径理论基础，给出传力路径可视化详细的计算思路，依据传力路径上的应变能系数变化规律，建立传力性能评价策略，为承载结构的传力路径可视化及传力性能评价提供依据。 (2)基于传力路径分析的控制臂主干设计。分别采用传力路径理论和有限元分析验证以某方程式赛车控制臂的传力性能，提出力流导向的控制臂结构优化思路，将材料沿着传力路径方向布置，得到新的控制臂模型，并分析优化后控制臂的传力性能、刚度、强度变化情况。 (3)基于结构仿生的控制臂支干截面形状设计。基于结构仿生设计基本原理，建立控制臂仿生原型选取的准则，分析控制臂支干的传力性能及承载特点，确定其仿生设计需求，选择鱼骨作为仿生对象，考虑加工工艺性，对控制臂支干截面形状进行仿生设计。 (4)控制臂仿生模型尺寸优化及性能验证。对控制臂仿生模型参数化建模，通过灵敏度分析确定对控制臂重量、最大位移、最大应力影响较大的几个参数，以结构重量最小、刚度和强度达到最大为目标，进行尺寸优化。 |
| 作者： | 耿子淳 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吴凤和;姜明 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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