面向增材制造的汽車薄壁結(jié)構(gòu)輕量化建模方法.pdf

1、碩士學(xué)位論文面向增材制造的汽車薄壁結(jié)構(gòu)輕量化建模方法LightweightdesignofAutobodyThin—WallStructuresusingAdditiveManufacturing學(xué)21322015大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要近年來(lái)，由于增材制造技術(shù)(3D打印)能夠制造任意復(fù)雜模型的特點(diǎn)，在個(gè)性化以及形狀復(fù)雜制品的定制和加工方面得到廣泛應(yīng)用。利用這一特點(diǎn)

2、，將該技術(shù)應(yīng)用在汽車造型設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，能夠快速呈現(xiàn)汽車設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖，相比于傳統(tǒng)的多個(gè)等比例縮小油泥模型的制作，極大的縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高模型制作精度。但是現(xiàn)階段針對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)模型的3D打印，大都采用等厚度的方式，方法雖然簡(jiǎn)單、易于操作，但是對(duì)薄壁模型進(jìn)行整體統(tǒng)一加厚的方式存在兩方面缺陷：一是薄壁厚度尺寸只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，為了增加局部強(qiáng)度，常采取整體加厚的方式，造成材料的浪費(fèi)；二是隨著3D打印技術(shù)的普及帶來(lái)的社會(huì)化建模問(wèn)題。由

3、于設(shè)計(jì)者缺乏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，常會(huì)出現(xiàn)由于力學(xué)性能不足而引起的模型破壞現(xiàn)象。因此在保證模型外觀精度及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度前提下，如何對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化建模是本文的研究重點(diǎn)。針對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，本文提出了基于熱源擴(kuò)散的變厚度方法以及多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)兩種方法，論文以某汽車外殼等比例縮小模型為研究對(duì)象。具體如下所示：(1)針對(duì)汽車薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化建模問(wèn)題，提出了一個(gè)系統(tǒng)的可行解決方案，首先，利用模型熱擴(kuò)散方法模擬模型受力分布，檢測(cè)各節(jié)點(diǎn)熱量值并賦予相應(yīng)的

4、厚度，然后通過(guò)數(shù)值分析、三維打印以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證完整的方法，對(duì)模型厚度進(jìn)行優(yōu)化，最終得到了滿足性能要求的輕量化模型，該方法相對(duì)于傳統(tǒng)等厚度模型的打印，質(zhì)量節(jié)省30％左右，極大的節(jié)省了模型打印的時(shí)間和材料成本，汽車薄壁結(jié)構(gòu)的成功打印，驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。(2)針對(duì)多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在薄壁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，利用多準(zhǔn)則決策方法，對(duì)比三種多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在模型彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下的力學(xué)性能，并對(duì)選定的六邊形結(jié)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化，以柔度和體積最小為目標(biāo)，得到帕累

5、托最優(yōu)解集。最后對(duì)比了彎曲和扭轉(zhuǎn)工況下，多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)相對(duì)于等厚度結(jié)構(gòu)的性能，結(jié)果表明，在滿足同等柔度條件下，質(zhì)量分別減少了17％和20％左右，驗(yàn)證了多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在輕量化設(shè)計(jì)和打印方面的可行性。針對(duì)汽車車身薄壁結(jié)構(gòu)模型，本文提出的兩種廣義意義上的變厚度方法，結(jié)合增材制造技術(shù)在復(fù)雜模型加工的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了汽車車身模型的蒙皮和骨架的一體化設(shè)計(jì)與制造，在車身造型領(lǐng)域的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)可行性。關(guān)鍵詞：增材制造；輕量化建模；熱源擴(kuò)散：多胞加強(qiáng)結(jié)構(gòu)：汽