某汽車扭力梁的實驗分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化

某汽車扭力梁的實驗分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化隨著中國汽車產(chǎn)量的不斷增加,能源短缺和環(huán)境污染已經(jīng)成為中國汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的突出問題。輕型汽車成為當(dāng)今節(jié)約型社會發(fā)展的需要。面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題和能源短缺,輕量化是當(dāng)前汽車領(lǐng)域一個十分迫切的問題。本文以某汽車扭力梁為研究對象,首先選取實驗測試設(shè)備,了解實驗測試工作原理，搭建實驗平臺，利用動態(tài)信號分析測試系統(tǒng)和模態(tài)測試軟件LMS對扭力梁工作應(yīng)力和自由模態(tài)分別進(jìn)行實驗測試,獲取扭力梁在扭轉(zhuǎn)工況下的應(yīng)力以及自由狀態(tài)下固有頻率，借助有限元軟件HyperWorks完成了扭力梁有限元模型的建立和仿真分析,通過與實驗測試結(jié)果對比,驗證了有限元模型搭建與數(shù)值仿真分析的正確性。基于正確的有限元模型,進(jìn)行向前制動、向后制動、側(cè)向左和單側(cè)深坑工況下的約束及力的加載并進(jìn)行分析,隨后分析計算扭力梁優(yōu)化前的扭轉(zhuǎn)剛度。以此為基礎(chǔ),分析了部件厚度對扭力梁質(zhì)量、扭轉(zhuǎn)剛度、最大應(yīng)力和一階固有頻率的影響,選取縱臂厚度、橫梁厚度、彈簧座厚度和輪軸板厚度四個部件厚度參數(shù)為優(yōu)化變量。采用正交試驗優(yōu)化方法,選用縱臂、橫梁、彈簧座和輪軸板厚度為變量因素,以扭力梁質(zhì)量、扭轉(zhuǎn)剛度、最大應(yīng)力和一階固有頻率為優(yōu)化目標(biāo),對部件厚度組合進(jìn)行分析,并將結(jié)果進(jìn)行仿真分析。由結(jié)果得知,采用單一評價指標(biāo)難以實現(xiàn)扭力梁工作性能指標(biāo);隨后以其加權(quán)組合構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化研究,優(yōu)化結(jié)果表明采用扭力梁質(zhì)量、扭轉(zhuǎn)剛度、最大應(yīng)力和一階固有頻率的組合加權(quán)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行部件厚度組合優(yōu)化,能夠獲得較優(yōu)的厚度組合,控制其指標(biāo)在較好的范圍,提高扭力梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化效果。,借助軟件Design-Expert建立部件厚度與四個評價目標(biāo)之間的函數(shù)求解部件厚度最優(yōu)組合,所以,在汽車零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究中應(yīng)用比較廣泛。采用BBD式驗設(shè)計將部件厚度組合合理分布，利用響應(yīng)面法分別建立了扭力梁質(zhì)量、扭轉(zhuǎn)剛度、典型工況下最大應(yīng)力和一階固有頻率的二次多項式響應(yīng)面模型,并對四個模型進(jìn)行了優(yōu)化。以四個響應(yīng)面模型為目標(biāo)函數(shù),在相應(yīng)約束范圍內(nèi)對扭力梁部件厚度組合進(jìn)行優(yōu)化,得到縱臂厚度4.5mm橫梁厚度3.5mm,彈簧座厚度3.0mm,輪軸板厚度5.5mm,并對優(yōu)化后扭力梁模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析,優(yōu)化后扭力梁與優(yōu)化前相比減重1.6Kg,達(dá)到了優(yōu)化效果。