【某汽車車架優(yōu)化的仿真分析案例3300字】

某汽車車架優(yōu)化的仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10420某汽車車架優(yōu)化的仿真分析案例 168961.1車架尺寸優(yōu)化流程 1314021.2車架尺寸優(yōu)化結(jié)果厚度對比數(shù)據(jù) 4133441.3尺寸優(yōu)化后車架數(shù)據(jù)對比 5189421.3.1車架自由模態(tài)數(shù)據(jù)對比 574431.3.2車架剛度工況數(shù)據(jù)對比 949811.3.3優(yōu)化后車架強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)對比 1062371.4車架結(jié)構(gòu)改進(jìn)及數(shù)據(jù)比較 13278221.1.1車架改進(jìn)部位 13135851.1.2改進(jìn)后強(qiáng)度工況數(shù)據(jù)比較 141501.5小結(jié) 16車架尺寸優(yōu)化技術(shù)是汽車實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的重要技術(shù)之一，當(dāng)今的尺寸優(yōu)化技術(shù)是現(xiàn)代工程技術(shù)中一門新興的學(xué)科領(lǐng)域，也是工程運(yùn)用廣泛的技術(shù)。尺寸優(yōu)化在原有的結(jié)構(gòu)的形狀特征與拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，只改變部件橫截面的尺寸達(dá)到輕量化的目標(biāo)，通過CAE軟件計(jì)算分析出結(jié)構(gòu)輕量化的最佳尺寸參數(shù)。在Optistruct尺寸優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)一般是模型質(zhì)量最輕及模型體積最小作為優(yōu)化，其優(yōu)點(diǎn)是部件不必重新劃分網(wǎng)格，在車架結(jié)構(gòu)原基礎(chǔ)上是易于實(shí)現(xiàn)約束設(shè)計(jì)變量和響應(yīng)目標(biāo)。在多數(shù)研究中，對模型質(zhì)量做優(yōu)化首先使用尺寸優(yōu)化是最常用的，也是輕量化最常用的優(yōu)化方法之一。本文的采用的尺寸優(yōu)化是HyperMesh中的Optistruct求解器的優(yōu)化功能模塊，通過Optistruct求解器對車架的部件壁厚參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找到部件之間配合的壁厚尺寸得到最優(yōu)解。求解器可以改變求解約束條件和求解響應(yīng)目標(biāo)，使設(shè)計(jì)車架處于更為符合真實(shí)的狀態(tài)。1.1車架尺寸優(yōu)化流程車架的設(shè)計(jì)變量是模型中能夠改變數(shù)值以達(dá)到優(yōu)化效果的變量。可以是密度、厚度、直徑等。前提是設(shè)計(jì)變量的選擇與目標(biāo)函數(shù)相關(guān)，設(shè)計(jì)變量直接影響目標(biāo)函數(shù)最有效果。把目標(biāo)函數(shù)設(shè)為體積和質(zhì)量，通過改變模型的部件壁厚尺寸，使模型剛強(qiáng)度整體表現(xiàn)符合約束條件時，目標(biāo)函數(shù)得到最優(yōu)解。設(shè)計(jì)變量的選取有一定的限制，控制在一定的合理的范圍內(nèi)，以達(dá)到研究目的的同時，縮短計(jì)算周期。設(shè)計(jì)變量也有一定的變化范圍，這需要考慮產(chǎn)品的實(shí)際尺寸結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵是要在合理的范圍內(nèi)變化。本文為了減少求解計(jì)算時間，把相同對稱一樣的模型中面和網(wǎng)格放在同一組塊的Components中，優(yōu)化的變量厚度尺寸有41個變量，車架尺寸優(yōu)化的主體如圖4-1所示，優(yōu)化分為五個步驟。圖4-1車架尺寸優(yōu)化的主體第一步離散參數(shù)設(shè)置，在使用求解器Optistruct在Analysis面板>選擇optization(優(yōu)化)>discretedvs>name>from>to>increment（變化增量）>單擊create創(chuàng)建離散函數(shù)，最后點(diǎn)擊退出。圖4-2車架離散函數(shù)建立第二步設(shè)置車架尺寸變量范圍區(qū)間，在Analysis面板>optization>gauge>create>lowerbound輸入變量下限值>upperbound>perps選中車架優(yōu)化的模型>ddvalid選擇前面建立的離散函數(shù)。圖4-3設(shè)置車架尺寸變量第三步創(chuàng)建響應(yīng)條件，在Analysis面板>optization>responses>優(yōu)化目標(biāo)響應(yīng)取名稱VO1>reponsetype>mass>create創(chuàng)建優(yōu)化響應(yīng)。如圖4-4所示，在此頁面創(chuàng)建相應(yīng)約束，選擇staticdisplacement功能，選中模型中響應(yīng)位移點(diǎn)，最后點(diǎn)擊create創(chuàng)建。圖4-4車架質(zhì)量響應(yīng)創(chuàng)建圖4-5車架約束響應(yīng)創(chuàng)建第四步建立尺寸優(yōu)化約束，在Analysis面板>optization>dconstraints>cnstraint>勾選lowerbound>upperbound設(shè)置數(shù)值>response選擇之前設(shè)置的響應(yīng)>loadsteps選中相應(yīng)的工況>點(diǎn)擊create創(chuàng)建。圖4-6車架尺寸優(yōu)化約束響應(yīng)建立第五步創(chuàng)建車架目標(biāo)響應(yīng)，在Analysis面板>optization>objective>min>response選中前面建立的mass質(zhì)量目標(biāo)響應(yīng)>點(diǎn)擊create創(chuàng)建。圖4-7車架質(zhì)量目標(biāo)響應(yīng)創(chuàng)建

1.2車架尺寸優(yōu)化結(jié)果厚度對比數(shù)據(jù)表4-1部件尺寸優(yōu)化數(shù)據(jù)對比部件編號原始厚度（mm）優(yōu)化厚度（mm）部件編號原始厚度（mm）優(yōu)化厚度（mm）DV121.5DV2232DV231DV2322DV321.5DV2423.5DV431DV2521DV532DV2622DV621DV2732DV722DV2843DV821DV2932DV931DV3022DV1033DV3131DV1122DV3222DV1223DV3323DV1321.5DV3433DV1442.5DV3521.5DV1521.5DV3643.5DV1621.5DV3731DV1721.5DV381.51DV1833.5DV3922DV1933DV4021DV2021.5DV4121DV2131原三維實(shí)體模型車架測重為質(zhì)量由393kg，經(jīng)過有限元軟件計(jì)算分析處理，優(yōu)化車架部件壁厚車架質(zhì)量下降至350kg，占原車架質(zhì)量10.94%，達(dá)到輕量化的目的；車架最大位移及加載工況點(diǎn)的位移均有所下降。與原車架相比，整車的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度大大提高，車架性能得到提高。

1.3尺寸優(yōu)化后車架數(shù)據(jù)對比1.3.1車架自由模態(tài)數(shù)據(jù)對比表4-2尺寸優(yōu)化前后車架自由模態(tài)數(shù)據(jù)階數(shù)優(yōu)化前固有頻率優(yōu)化后固有頻率711.2112.15811.7417.02925.3228.521027.5829.561130.8129.921231.9032.931339.6037.541441.5445.591546.9845.701651.2548.71圖4-8優(yōu)化后第七階車架自由模態(tài)振型圖4-9優(yōu)化后第八階車架自由模態(tài)振型圖4-10優(yōu)化后第九階車架自由模態(tài)振型圖4-11優(yōu)化后第十階車架自由模態(tài)振型圖4-12優(yōu)化后第十一階車架自由模態(tài)振型圖4-13優(yōu)化后第十二階車架自由模態(tài)振型圖4-14優(yōu)化后第十三階車架自由模態(tài)振型圖4-15優(yōu)化后第十四階車架自由模態(tài)振型圖4-16優(yōu)化后第十五階車架自由模態(tài)振型圖4-17優(yōu)化后第十六階車架自由模態(tài)振型原車架通過部件壁厚尺寸優(yōu)化處理后模態(tài)數(shù)據(jù)與優(yōu)化前數(shù)據(jù)比較，車架尺寸優(yōu)化后低階第七階至第十階固有頻率有所提高，在高階第十一階至第十六階固有頻率有所下降，在汽車行駛時與不穩(wěn)定因素低階頻率區(qū)域錯開，避開了路面產(chǎn)生的激勵頻率對車架的影響。1.3.2車架剛度工況數(shù)據(jù)對比圖4-18優(yōu)化后車架扭轉(zhuǎn)工況剛度位移圖4-19優(yōu)化后車架彎曲工況剛度位移車架尺寸優(yōu)化后從自由模態(tài)和強(qiáng)度工況對比數(shù)據(jù)均有提升，車架模態(tài)在低階有提高，在高階有所下降，其中車架模態(tài)第九階25.32Hz頻率比優(yōu)化前明顯提高了3.2Hz，在高階第十四階41.54Hz頻率比優(yōu)化前大幅降低了1.05Hz。如表4-5所示車架彎曲扭轉(zhuǎn)剛度工況，最大位移和測力點(diǎn)最大位移均有下降，彎曲剛度提升到1395N/mm比原車架提高了108N/mm。表4-5車架優(yōu)化前后彎曲扭轉(zhuǎn)工況數(shù)據(jù)對比名稱優(yōu)化前彎曲工況優(yōu)化后彎曲工況變化率優(yōu)化前扭轉(zhuǎn)工況優(yōu)化后扭轉(zhuǎn)工況變化率最大位移（mm）2.82.510.7%63.258.89.3%測力點(diǎn)最大位移（mm）右：2.3左：2.3右：2.1左：2.28.7%1.3%右：-32.1左：32.2右：-30.5左：30.65%5%優(yōu)化后的彎曲剛度為：Κ=F施加載荷1.3.3優(yōu)化后車架強(qiáng)度分析數(shù)據(jù)對比車架經(jīng)過尺寸優(yōu)化后，分析求解出結(jié)果后，找到out計(jì)算結(jié)果文件，將尺寸優(yōu)化結(jié)果數(shù)據(jù)，修改模型尺寸厚度后進(jìn)行強(qiáng)度分析。對車架局部集中應(yīng)力進(jìn)行標(biāo)注。圖4-20尺寸優(yōu)化后垂向工況應(yīng)力圖4-20尺寸優(yōu)化后轉(zhuǎn)向工況應(yīng)力圖4-20尺寸優(yōu)化后制動工況應(yīng)力圖4-20尺寸優(yōu)化后右前輪懸空工況應(yīng)力圖4-20尺寸優(yōu)化后左后輪懸空工況應(yīng)力表4-6強(qiáng)度應(yīng)力點(diǎn)數(shù)據(jù)工況應(yīng)力點(diǎn)位置1（MPa）應(yīng)力點(diǎn)位置2（MPa）應(yīng)力點(diǎn)位置3（Mpa）應(yīng)力點(diǎn)位置4（MPa）垂向工況422368380229轉(zhuǎn)向工況226167162109制動工況422178178101右前輪懸空231270203162左后輪懸空237270186162車架進(jìn)行強(qiáng)度分析在分析垂向工況、制動工況、右前輪懸空及左后輪懸空應(yīng)力均超過車架使用材料Q235A鋼的強(qiáng)度屈服值，車架安全系數(shù)到達(dá)不到使用要求，因此要對車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行改進(jìn)。

1.4車架結(jié)構(gòu)改進(jìn)及數(shù)據(jù)比較1.1.1車架改進(jìn)部位車架在進(jìn)行垂向工況模擬車架受到載荷系數(shù)為2g，此時車架四個部位受到的應(yīng)力最大的，比其他四個強(qiáng)度工況的應(yīng)力大，因此以垂向工應(yīng)力為改進(jìn)目標(biāo)。改進(jìn)應(yīng)力點(diǎn)位置1和4對應(yīng)力點(diǎn)位置1和4進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，車架前后支撐梁進(jìn)行上移到大梁處，添加三角板加固，長為78mm，高為60mm，寬為46.3mm，加強(qiáng)筋高為329mm，長寬為28mm，厚度為3mm。如圖4-21所示。圖4-21車架應(yīng)力位置1和4改進(jìn)部位改進(jìn)應(yīng)力位置2和3對車架乘客支撐梁處，增多一根支撐梁部件，前部每根梁間隔328mm后部每個梁間隔295mm，修改厚度為2mm，使乘客載荷力分布均勻，減少局部應(yīng)力，在接合處進(jìn)行焊縫處理，增加支撐柱長為38mm，寬為25mm，高為48mm，四邊柱長為38.5mm，寬為18.5mm，高為40mm。如圖4-22所示。圖4-22車架應(yīng)力位置2和3改進(jìn)部位1.1.2改進(jìn)后強(qiáng)度工況數(shù)據(jù)比較車架進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)后車架質(zhì)量為386kg，如圖4-23所示。與原車架質(zhì)量393kg相比下降7kg，強(qiáng)度應(yīng)力大幅度下降如表4-7所示。圖4-23結(jié)構(gòu)改進(jìn)后車架測重表4-7車架結(jié)構(gòu)改進(jìn)后應(yīng)力點(diǎn)數(shù)據(jù)工況應(yīng)力點(diǎn)位置1（MPa）應(yīng)力點(diǎn)位置2（MPa）應(yīng)力點(diǎn)位置3（Mpa）應(yīng)力點(diǎn)位置4（MPa）垂向工況228173214120轉(zhuǎn)向工況1347810554制動工況1809310460右前輪懸空110125210117左后輪懸空97124209113圖4-24結(jié)構(gòu)改進(jìn)后垂向工況應(yīng)力圖4-25結(jié)構(gòu)改進(jìn)后轉(zhuǎn)向工況應(yīng)力圖4-26結(jié)構(gòu)改進(jìn)后制動工況應(yīng)力圖4-27結(jié)構(gòu)改進(jìn)后右前輪懸空工況應(yīng)力圖4-28結(jié)構(gòu)改進(jìn)后左后輪懸空工況應(yīng)力車架經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，強(qiáng)度分析的垂向工況，轉(zhuǎn)向工況、制動工況、右前輪懸空工況及左后輪懸空工況的應(yīng)力均未超過車架材料Q235A強(qiáng)度屈服應(yīng)力，車架使用安全性能系數(shù)大于1，表明車架