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汽车悬架下控制臂轻量化优化设计及疲劳性能分析

黄河  
【摘要】:出于对节约成本和环境保护的考虑,在汽车零部件的设计和改进过程中,设计师除了要确保结构的安全性能外,还要尽可能减轻结构重量。对汽车零部件的结构轻量化优化设计是实现汽车轻量化的主要途径之一。为缩短设计周期和节约开发成本,有限元结构优化方法被广泛应用于汽车零部件的结构轻量化优化设计过程中。虽然悬架下控制臂质量在整车质量中所占比重不足百分之一,但对其进行结构轻量化优化设计对实现汽车的整体减重仍具有一定积极意义。至今已有大量采用有限元拓扑优化、尺寸优化或形状优化技术实现下控制臂轻量化的成功案例。然而,随着悬架下控制臂产品的迭代更新,当再次对其进行结构轻量化优化设计时,依然单纯地依靠改变材料分布形式、板件厚度或形状参数而不推翻原有结构形式,已很难获得显著的减重效果。众所周知,疲劳损坏是汽车悬架零部件最主要的失效形式。悬架下控制臂的疲劳性能不仅关系到汽车行驶安全性,而且直接影响汽车制造商的声誉。本文以某国产小型SUV的麦弗逊式悬架焊接型下控制臂为结构轻量化优化设计对象,综合应用形貌优化、尺寸优化、形状优化、自由形状优化方法,在原焊接型下控制臂基础上设计出一种全新的单片冲压型下控制臂,以达到结构轻量化目的。并根据道路试验实测的疲劳载荷数据,运用CAE疲劳分析技术预测了结构轻量化优化前后两款下控制臂的疲劳寿命。研究结果表明,经结构轻量化优化设计得到冲压型下控制臂满足各项基本性能要求,且较原焊接型下控制臂有明显减重。本文提出的汽车悬架下控制臂轻量化优化设计及疲劳性能分析方案为汽车底盘其它关键零部件的开发设计提供了借鉴和参考。


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