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基于变密度法的悬架控制臂多目标拓扑优化设计及疲劳寿命分析
| 论文题名： | 基于变密度法的悬架控制臂多目标拓扑优化设计及疲劳寿命分析 |
| 关键词： | 悬架控制臂;多目标拓扑;变密度法;疲劳寿命;优化设计;汽车悬架系统 |
| 摘要： | 悬架控制臂作为汽车悬架系统的导向和传力元件,将作用在车轮上的各种力传递给车身，同时保证车轮按一定轨迹运动，对其结构和性能进行优化及车辆的轻量化具有重要意义。 首先，本文以某汽车悬架控制臂为研究对象，建立三维模型并利用HyperWorks软件对其进行有限元网格划分，设置材料属性、约束条件和施加载荷等前处理工作。 其次，利用RADIOSS求解器对其进行惯性释放分析和模态分析，得出悬架控制臂有很大的优化空间的结论。根据模型的强度分析结果和自身制造的工艺性，基于S IM P变密度法对悬架控制臂进行多目标拓扑优化数学建模，以材料密度为设计变量，质量最小化、刚度最大化和一阶弹性体固有频率最大化为优化目标，利用Optistruct求解器对悬架控制臂模型进行多目标拓扑优化，得到一个腹腔部分中空，且受力不均匀的模型，该模型的制造困难，增加生产成本。因此对优化模型进行改进设计，添加拔模约束、对称约束和最小单元尺寸约束，再次进行优化计算，本次多目标优化结果收敛，质量减轻22.48％,刚度与固有频率相对原模型均有所提高。 再次，对优化后结果进行再设计，利用RADIOSS求解器改进后模型进行惯性释放分析和模态的分析，并对优化后的结果进行改进设计，将优化前后模型进行强度和模态的对比分析，观察该模型优化前后在性能方面的改善程度。 最后，对优化后的悬架控制臂最终模型综合名义应力法、机械零件的应力寿命曲线(S-N曲线)及 Hyperworks软件中的Fatigue模块进行疲劳寿命的预测和疲劳强度的校核。综上所述，改进后模型不仅质量减轻，而且刚度和弹性体固有频率相对于原模型均有,所提高，且预测出优化后的悬架控制臂的寿命约为166万次，满足悬架控制臂疲劳寿命要求，且证明了本次多目标拓扑优化的合理性。 |
| 作者： | 柴星 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 刘凯;庞辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西安理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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