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基于压铸工艺的铝合金前舱盖结构设计与优化
| 论文题名： | 基于压铸工艺的铝合金前舱盖结构设计与优化 |
| 关键词： | 汽车前舱盖;结构设计;拓扑优化;压铸工艺;多岛遗传算法 |
| 摘要： | 汽车结构与材料的研究一直是汽车领域的重点与热点。现代科技的不断前进，推动着加工工艺的进步，铝合金已经开始逐渐取代钢材。铝合金在提升性能的同时还能实现车身轻量化，且铝合金材料相比钢的密度小、比强度高，成型的方式多样化，可塑造性强，铝合金越来越多的被应用到各种车身结构件中，通过压铸一体化铝合金结构来代替冲压-焊接结构。汽车前舱盖虽然结构较为简单，但内外板、细小零件及其加工工艺等都非常复杂繁琐。本文以某款轿车前舱盖作为研究对象，在传统冲-焊结构的基础上，根据其拓扑和形貌优化的结果，结合压铸工艺准则进行了综合研究，设计了内外板一体化的前舱盖，并进行压铸成型的数值模拟仿真，最后再对该产品面向轻量化的优化。 （1）选择某汽车传统冲-焊结构的前舱盖作为研究对象，用CATIA建立三维模型，选取压铸材料中最常用的AlSi10MnMg铝合金材料。针对传统冲-焊结构前舱盖常见的几种工况与约束，对内板进行拓扑优化，并对外板进行形貌优化，初步确定了加强筋的位置。然后根据压铸工艺设计要求，设计加强筋的结构，对前舱盖进行一体化设计。设计完成后，通过 Hypermesh 对该一体化前舱盖进行常见工况下的刚度和模态分析。结果表明，该一体化前舱盖的性能能够满足要求。 （2）对一体化前舱盖进行浇注系统和排溢系统的方案设计。利用 FLOW-3D软件进行速度场、卷气现象与缩孔体积的数值模拟仿真。根据计算结果，采用正交试验对压铸工艺参数确定模拟试验安排，基于L934正交表，设计了四因素三水平正交模拟试验方案，对各个方案进行模拟计算，根据卷起量和缩孔体积为指标，使用方差法分析试验结果，得到了该产品较优的压铸工艺参数，验证了该一体化前舱盖的压铸可行性。 （3）在上述分析的基础上，进一步利用优化软件 ISIGHT，采用最优拉丁超立方方法，对该前舱盖进行DOE试验设计。建立基于常见工况的二阶响应面近似模型，验证近似模型可继续后续优化设计，然后根据近似模型采用多岛遗传算法，以重量和刚度作为优化目标，从迭代的结果确定出最优解。对得到的最优参数所对应的前舱盖模型进行刚度和模态校核分析，结果表明满足使用要求。最后，对该一体化前舱盖进行了压铸成型模拟验证，能够通过压铸生产出该产品。与冲-焊结构相比，优化后的一体化前舱盖质量减轻了41%。 |
| 作者： | 谭永曦 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张渝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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