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基于逆向工程的汽车轮毂轻量化研究

刘志杰  
【摘要】:汽车行业的发展给人们的出行带来了诸多的便利,但与此同时也给自然环境带来了一定的负担,研究表明汽车自身的质量与污染物的排放量有直接的关联。汽车轮毂作为汽车中不可或缺的零件,在汽车行业的发展中有着重要的作用,因此对汽车轮毂的轻量化设计研究对降低车身质量和减少污染物排放有着重要的意义。本文从逆向工程技术入手,研究内容包括轮毂表面点云的获取和预处理、轮毂曲面的重构与检测、轮毂性能的有限元分析和拓扑优化设计及优化后的验证等几部分,具体研究内容如下:轮毂表面点云的获取和预处理。首先分析了接触式测量和非接触式测量等常见的点云数据的获取方法,使用VTOP200A(S)型非接触式扫描仪对轮毂表面的点云数据进行测量,使用Geomagic Studio对获取到的点云数据进行过滤、精简、封装和坐标找正等预处理操作。轮毂曲面的重构与检测。首先分析了曲面造型设计理论的发展以及NURBS曲线曲面的定义,利用CATIA V5对预处理后的点云数据进行曲面重构,重新生成轮毂的三维实体模型,最后利用Geomagic Qualify对重构的轮毂模型的3D精度、2D截面误差和关键尺寸的精度误差进行检测。轮毂性能的有限元分析。利用有限元分析软件ANSYS并遵照国家相关试验标准对轮毂的各项性能进行模拟分析,主要分析了模型的动态振动特性、弯曲疲劳试验下所受应力和疲劳寿命、径向疲劳试验下所受应力和疲劳寿命以及模型的耐冲击性能。拓扑优化设计。参照有限元的分析结果,建立优化模型,利用HyperMesh对模型的轮辐部分进行结构优化设计,并对优化前后的轮毂性能进行对比分析,以验证优化结果的可行性。该论文有图79幅,表11个,参考文献63篇。


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