详情

原文传递摩托车座垫底板的结构优化设计

论文题名：	摩托车座垫底板的结构优化设计
关键词：	摩托车;座垫底板;有限元分析;载荷应力评估;薄壳结构;轻量化设计
摘要：	摩托车座垫底板是摩托车座垫的关键零部件之一，它的主要功能是承载人体重量，减缓应力冲击。近年来，我国摩托车制造企业的发展遇到了瓶颈，成本高，性能差，利润率低的弊端已经出现。面对日益激烈的行业竞争，摩托车企业也在加大自主研发力度，希望通过改进产品结构，提高产品性能，减少产品材料，寻找新的利润点。　　本文基于与某企业联合研发的项目，以摩托车座垫底板为研究对象，利用有限元理论，针对摩托车座垫的实物在CATIA软件中建立几何模型，并导入到HyperWorks、ANSYS Workbench软件进行联合优化仿真。按照厂商的要求和实际使用过程中出现的问题，对摩托车座垫底板进行了两种工况下的有限元分析，得到座垫底板柔度值、前6阶频率、位移和应力分布图。并依据这些数据做动态性能评估和载荷应力评估，了解座垫底板的频率和刚度不足，确定出先提高产品性能，后进行轻量化设计的优化思路。　　在产品性能优化时，主要考察的是柔度和频率两项指标。基于摩托车座垫底板薄壳结构的特点，在HyperWorks平台上采用拓扑优化和形貌优化相结合的方法，将拓扑优化与形貌优化结合起来同步运算。在约束了质量的前提下，分别得出以扭转工况柔度最小、弯曲工况柔度最小、扭转工况频率最大三个目标函数的优化结果。并且提出利用评价函数法，将扭转、弯曲工况的频率、柔度等多个目标函数转换为一个目标，解决了实际情况中多目标多工况联合优化的问题，其优化结果与单目标优化结果相比有着明显的优势，与原模型相比结构整体性能有大幅度的提高。　　在轻量化优化时，将拓扑和形貌优化后模型导入到ANSYS Workbench软件中，依据拓扑和形貌优化过程中的密度分布图和形状变化图设计出尺寸优化部位。以质量最小、一阶频率最大为目标函数进行多目标尺寸优化。基于试验设计数据构造的响应面来逼近真实情况下各个变量之间的响应曲线，分析响应面中各项参数的灵敏度。利用遗传算法计算出多目标各个尺寸最优解，对比重构出最终模型。　　整个优化过程中，不但综合利用了拓扑优化、形貌优化、尺寸优化三种优化方法，使摩托车座垫底板在性能不降低的情况下质量下降19％，而且还利用评价函数法、遗传算法解决了实际情况中多目标多工况的问题。
作者：	刘怡
专业：	仪器科学与技术
导师：	刘嘉敏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文