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面向轻量化的商用车支架类零件拓扑优化研究
| 论文题名： | 面向轻量化的商用车支架类零件拓扑优化研究 |
| 关键词： | 商用汽车;轻量化设计;支架类零件;拓扑优化;ESO法 |
| 摘要： | 汽车零部件作为组成汽车的基础部件，是汽车总质量组成的基本，是研发汽车产品的重要基础，推进汽车的轻量化工作，根本还在于对汽车零部件的轻量化。结构拓扑优化设计作为汽车轻量化技术的有效途径，已成为轻量化技术中除新材料及新工艺应用之外，最有潜力的重点研究领域。本文应用渐进结构优化（ESO）法并基于ANSYS平台的实现，对商用车支架类零件的拓扑优化设计进行研究，主要工作包括： （1）综述了汽车零部件轻量化与结构拓扑优化方法的发展与国内外研究现状，分析总结了汽车支架类零件拓扑优化的基本方法，提出将ESO方法应用于支架类零件拓扑优化的优势，得到论文的整体研究思路。 （2）在结构优化设计基本概念与数学模型的基础上，阐述了渐进结构优化（ESO）法的基本思想、基于应力和刚度的数学模型建立以及灵敏度计算方法，并对应用ESO方法进行结构拓扑优化过程中产生的数值不稳定现象进行了简要分析。 （3）对商用车支架类零件的结构与受力特点进行分析，引入多目标优化设计建立了支架类零件基于ESO法的拓扑优化数学模型，将应力作为收敛条件，应用APDL语言实现了ESO法的二维及三维算例，证明了该方法在实际工程应用中的有效性，并给出了本文采用网格划分与参数的选取原则。 （4）针对某型商用车转向器支架的拓扑优化设计，根据企业要求提升转向能力时，现有装车状态下的转向器支架在极限工况下的静力学分析结果不能满足需求。通过建立支架的最大优化区域，应用基于ESO法的多目标拓扑优化设计方法得到了极限工况下的拓扑结构形式，并对得到的拓扑结构进行基于熔模铸造工艺知识的工艺性改进，得到最终转向器支架轻量化模型。结果表明：优化后的转向器支架满足安全系数1.5以上的要求，同时实现了10.66％的减重。 |
| 作者： | 张兵 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王宗彦;李晓宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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