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《基于偽密度法的汽車懸架擺臂拓?fù)鋬?yōu)化》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、基于偽密度法的汽車懸架擺臂拓?fù)鋬?yōu)化id=“artibody”> 摘要:通過建立汽車懸架的三維運(yùn)動模型,運(yùn)用COSMOSmotion進(jìn)行動力學(xué)仿真,獲取零件結(jié)構(gòu)優(yōu)化所需的載荷條件,以上擺臂為例,在HyperWorks中建立拓?fù)鋬?yōu)化模型,確定設(shè)計(jì)區(qū)域,并針對擺臂的不同制造工藝,采取相應(yīng)的制造約束條件,采用多工況單一目標(biāo)的方案,基于偽密度法對擺臂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,實(shí)現(xiàn)了擺臂的概念設(shè)計(jì)目標(biāo)?! £P(guān)鍵詞:懸架擺臂;偽密度法;制造約束;拓?fù)鋬?yōu)化 中圖分類號:TP202+.7文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號:1005-2550(20
2、14)02-0001-05 擺臂也稱控制臂,是汽車獨(dú)立懸架系統(tǒng)的重要安全件和功能件。擺臂在比較復(fù)雜的受力狀態(tài)下工作,要承受牽引力、制動力、側(cè)向力和力矩等。在擺臂的設(shè)計(jì)中,其強(qiáng)度、固有頻率以及縱向和橫向的剛度要滿足指定要求。擺臂采取的制造工藝一般為鍛造或鑄造。對擺臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),文獻(xiàn)[1][2]都通過拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了初步的研究,文獻(xiàn)[1]通過ADAMS軟件仿真車輛行駛工況,獲得載荷條件,進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化,但在優(yōu)化中沒有考慮制造約束情況。文獻(xiàn)[2]的載荷條件直接由試驗(yàn)結(jié)果給定,僅考慮制造拔模約束。本文所進(jìn)行的汽車
3、麥弗遜懸架上擺臂的概念設(shè)計(jì)是在HyperWorks平臺上,基于三維連續(xù)體偽密度法進(jìn)行的拓?fù)鋬?yōu)化,并充分考慮多種制造約束?! ⊥?fù)鋬?yōu)化是一種數(shù)學(xué)方法,能在給定的空間結(jié)構(gòu)中生成優(yōu)化的形狀與材料分布。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的基本思想是將尋求結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)鋯栴}轉(zhuǎn)化為在給定的設(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)尋求最優(yōu)材料分布的問題。通過將區(qū)域離散成有限元網(wǎng)格,HyperWorks的優(yōu)化模塊(OptiStruct)為每個單元計(jì)算材料特性,在給定的約束條件下,利用近似與優(yōu)化算法更改材料的分布,以優(yōu)化用戶給定的設(shè)計(jì)目標(biāo),當(dāng)目標(biāo)函數(shù)在任意連續(xù)三次迭代中的改變量低于給
4、定公差時,即得到收斂結(jié)果?! ≡谕?fù)鋬?yōu)化中,每個單元的密度值應(yīng)取0或1,單元分別定義為空或?qū)嶓w。但大量離散變量的優(yōu)化是無法計(jì)算的,因此,必須用連續(xù)變量的方式表示材料的分配問題。偽密度法是結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)中的一種有效方法,通過人為引入一種假想材料,材料的密度是可變的?;谶@種方法,材料的剛度被假想成與密度成線性關(guān)系,每個單元的材料密度直接作為設(shè)計(jì)變量,在0-1之間連續(xù)變化,優(yōu)化的結(jié)果是材料的最優(yōu)化分布,材料的分布反映了結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)?。在OptiStruct中偽密度法也是實(shí)施制造約束的唯一方法[3][4]?! ”疚木蛢?/p>
5、種不同的工藝采取相應(yīng)的約束條件,通過拓?fù)鋬?yōu)化功能對上擺臂進(jìn)行概念設(shè)計(jì),優(yōu)化得到的結(jié)構(gòu)不僅要滿足所有載荷工況的約束要求且質(zhì)量更輕,為產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論支撐?! ?上擺臂的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)前準(zhǔn)備工作 1.1模型基本參數(shù)及載荷的來源與確定 圖1懸架運(yùn)動模型 根據(jù)新款車型整車總布置,確定硬點(diǎn)位置,在SolidWorks建立麥弗遜懸架總體運(yùn)動模型,如圖1所示。選取汽車典型行駛工況時[1][2],運(yùn)用COSMOSmotion對其進(jìn)行動力學(xué)分析,得到擺臂外端與轉(zhuǎn)向節(jié)連接處的作用力,以便獲取優(yōu)化設(shè)計(jì)有限元分析中所需的載荷
6、條件[5]。 1.2有限元模型建立 基于以上運(yùn)動模型,建立上擺臂設(shè)計(jì)邊界,在SolidWorks環(huán)境建立拓?fù)鋬?yōu)化三維實(shí)體簡化模型,畢業(yè)論文格式并轉(zhuǎn)化為iges格式文件導(dǎo)入HyperWorks,進(jìn)行網(wǎng)格劃分。根據(jù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算能力和求解精度,選擇網(wǎng)格尺寸(單元尺寸)為30mm,單元類型選用四面體,劃分網(wǎng)格后,整個擺臂共有27725個節(jié)點(diǎn),11122個單元,所建立的有限元模型如圖2所示。為了真實(shí)準(zhǔn)確的反映結(jié)構(gòu)本身的實(shí)際情況,在擺臂接觸孔周圍以及與車架連接處將所有的節(jié)點(diǎn)通過剛性單元(RBE2)連接在一起,這些RBE2是
7、一些沒有質(zhì)量的單元,連接比較容易,且接近實(shí)際結(jié)構(gòu)受力特性?! D2優(yōu)化前控制臂有限元模型id=“artibody”> 1.3材料選取 在Collectors面板下的create子面板中創(chuàng)建一個材料集合器,cardimage類型選擇為MAT1:MAT1是指所選材料為線形、不受溫度影響、各向同行材料。若上擺臂采取鍛造工藝,選取40Cr材料,彈性模量為2e+05,泊松比為0.3?! ?.4邊界條件的建立與載荷施加 在模型上施加載荷之前,要先建立一個載荷集合器,以便把要施加的載荷經(jīng)處理后存入計(jì)算機(jī),為以后載荷施加的調(diào)
8、用提供支持。麥弗遜懸架控制臂分析時通常固定前襯套X、Y、Z三個方向平動,后襯套點(diǎn)Y、Z方向平動,外球銷點(diǎn)Z方向平動。 根據(jù)以上由COSMOSmotion獲得的制動、轉(zhuǎn)向、凹坑上跳工況時的縱向、側(cè)向力和垂向力,在上擺臂與轉(zhuǎn)向節(jié)連接處添加X、Y、Z方向的載荷,施加到相應(yīng)的單元(RBE2單元)和節(jié)點(diǎn)(3698)上。如表1及如圖3所示?! ”?載荷的設(shè)定 圖3多