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基于疲劳性能的高强钢-铝合金组装式车轮轻量化多目标优化设计
| 论文题名： | 基于疲劳性能的高强钢-铝合金组装式车轮轻量化多目标优化设计 |
| 关键词： | 乘用车;组装式车轮;轻量化设计;参数化建模;多目标优化;疲劳性能 |
| 摘要： | 随着我国汽车产业的快速发展，节能减排等战略的实施，各大车企都把汽车轻量化技术放在未来技术发展路线中的一个重要位置。在车辆的行驶系统中，车轮属于重要的安全组件，车轮结构设计的优劣将直接对整车的行驶安全性能产生影响。疲劳破坏是车轮损坏的一个主要原因，因此基于动态弯曲和径向疲劳性能对车轮结构进行轻量化设计能够有效实现节能减排，以此提高车轮的性能和市场竞争力。 为了研究乘用车车轮的疲劳性能并对车轮进行轻量化多目标优化设计，同时考虑车轮的制造成本来实现车轮的轻量化，本文以16?6 1 2 J 型车轮为研究对象，基于车轮的弯曲和径向疲劳性能，设计与优化了一个高强钢-铝合金组装式车轮。首先建立车轮的概念设计模型，联合弯曲和径向两种疲劳试验工况对轮辐部位进行拓扑优化，参考优化迭代结果建立车轮的初始结构模型；对模型进行前处理后，分别在两种疲劳试验工况下，对组装式车轮进行了强度、刚度和疲劳寿命等有限元性能分析。 其次建立车轮的参数化模型，总共定义 10 个厚度设计变量和 2 个形状设计变量，基于 Isight 软件以车轮质量、弯曲疲劳寿命、弯曲和径向工况下的轮辐最大 Von Mises 应力为性能响应参数，采用最优拉丁超立方试验设计方法拟合Kriging近似模型，并用Hammersley试验设计方法检验近似模型的精度。根据所建立的 Kriging 近似模型采用第二代非劣排序遗传算法对车轮进行多目标优化；根据得到的 Pareto 解前沿，在满足车轮性能约束条件的前提下，最终选取一个质量较小的妥协解，并对比优化前后车轮的主要性能参数。 最后对优化后的车轮进行弯曲和径向疲劳试验验证，试验结果表明在满足车轮疲劳性能的要求下，优化后的高强钢-铝合金组装式车轮与同型铝合金车轮相比减重3.017kg，减重达 35.49%，显著降低了车轮的质量，为车轮轻量化设计提供了新的思路和技术依据。 |
| 作者： | 管华 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 曹艳玲;杨志波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河南科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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