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基于响应面的连杆结构优化设计

刘宇航  
【摘要】:连杆是内燃机的主要传动构件之一,承担着将燃气燃烧内能转化为机械能的重要任务。在发动机的工作过程中,连杆承受着复杂的交变载荷作用,工作条件十分恶劣。随着国六的颁布,发动机的排放和性能需要得到进一步提升,各零件的轻量化恰恰是解决这一问题的途径。在符合连杆结构强度、刚度的设计要求下,连杆的轻量化,使得连杆的工作状况更加恶劣。因此,对连杆的有限元分析及结构优化是十分必要的。本文以某内燃机连杆为研究对象,对连杆的运动、受力情况进行分析。利用Pro/E参数建模功能,建立连杆的参数化模型。通过有限元静力学分析,得到连杆的应力、位移云图,并对不同工况下连杆的危险区域进行了分析。通过对连杆参数的分析,确定出连杆优化需要考虑的因素。以连杆有限元分析为基础,对连杆的9个设计参数进行敏感性分析,得到每个参数对优化过程的影响程度,并筛选出影响较大的4个参数,作为设计变量。通过最佳空间填充设计获得25组样本点,构建出Kriging响应面模型。并额外计算10组测试点结果对响应面模型的精准度进行验证,验证得出所构建的响应面模型可靠。通过遗传算法对连杆响应面模型进行寻优求解,得出3组优化设计结果。通过对比分析,选取较优的设计参数。将设计值代回求解,与响应面预测结果对比,得到连杆优化的质量误差不到1%,连杆质量下降13.07%并对优化后连杆模型危险部位进行分析,说明优化后的连杆安全可靠,完成连杆轻量化。


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