復合材料懸架橫臂的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、汽車輕量化設(shè)計是一種有效的達到節(jié)能減排的手段。而懸架橫臂質(zhì)量減輕可以有效減少簧下質(zhì)量,提高舒適性。碳纖維復合材料是一種新型材料,其密度小,比模量高。本文主要研究如下:結(jié)合麥弗遜前懸架擺臂的特點,探討碳纖維復合材料擺臂的設(shè)計方案。該方案是以復合材料初始設(shè)計為基礎(chǔ)、結(jié)合結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化與鋪層厚度優(yōu)化的設(shè)計方案。
　　本文以金屬(鑄鋁)橫臂模型的剛度指標為設(shè)計約束,對復合材料橫臂進行等剛度設(shè)計,在滿足剛度目標的條件下,以體積最小為設(shè)計目標,

2、對復合材料臂進行優(yōu)化設(shè)計。
　　首先確定麥弗遜懸架三個極限工況:緊急制動工況、轉(zhuǎn)彎工況、路面垂直沖擊工況的橫臂載荷的大小,以鑄鋁材料為模型原型進行有限元分析,算出載荷施加點的位移大小,得出剛度參數(shù)。由復合材料初始鋪層設(shè)計原則,知0度方向鋪層抵抗拉壓,45度鋪層抵抗剪切。三個工況下,載荷對材料產(chǎn)生的力學效果不同,根據(jù)載荷大小的比例,得出鋪層角度0度、45度、90度的比例。再利用optistruct的復合材料超級層模塊這一工具,根據(jù)剛

3、度位移約束,結(jié)合復合材料制造工藝要求,進行初始鋪層層數(shù)設(shè)計。然后在該設(shè)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化,找到最佳質(zhì)量分布。再重構(gòu)幾何,對新的幾何,作以金屬臂的剛度為約束,質(zhì)量最小為設(shè)計目標,每一層的厚度為設(shè)計變量,進行鋪層厚度尺寸優(yōu)化。
　　最后將優(yōu)化后的復合材料懸架橫臂與原型金屬材料橫臂進行質(zhì)量比較,結(jié)果表明等代設(shè)計的復合材料臂不僅質(zhì)量上更輕,剛度也更好。因此本文這一套復合材料橫臂的設(shè)計與優(yōu)化方法可以給其他復合材料結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用提供一