关键词：控制臂;;多体动力学;;有限元分析;;拓扑优化;;折衷规划法
摘 要：目前,汽车工业面临着环境污染和能源短缺两大难题,汽车的轻量化设计能有效地改善这一现状。针对汽车轻量化的相关研究一直是研究热点,也是汽车工业长期的研究挑战。作为汽车悬架系统中重要的元件,悬架控制臂起着传力和导向的作用,针对控制臂的轻量化设计必须建立在满足一定的设计要求基础上,包括强度、刚度和固有频率性能等要求。因此,针对悬架控制臂性能计算分析和优化设计尤为重要。本文以某麦弗逊悬架中的控制臂为研究对象,首先依照车辆的已知参数,在Adams软件中建立了该悬架的多体动力学模型,并计算选定工况下轮胎的接地力作为悬架模型的输入载荷,通过动力学仿真得到控制臂各连接点的工况载荷,以这些工况载荷作为控制臂性能计算分析和后续优化设计的输入条件。为了获得原控制臂的性能,本文建立了该控制臂的有限元分析模型,其中材料参数由材料单轴拉伸试验获得,在分析其强度、刚度及模态之后,对刚度和强度性能进行了试验工装设计及试验验证,并进行了疲劳试验。有限元分析结果以及试验结果表明,该控制臂有限元模型建立正确,且各项性能满足设计要求,并且存在优化设计的空间。为了适应新能源款车型的轻量化设计要求,采用拓扑优化对该控制臂进行了优化设计。控制臂在工作过程中承受着复杂的工况载荷,其拓扑优化也是一个多目标优化问题,需要考虑不同工况下的刚度、强度以及固有频率等性能。针对该多目标优化问题,本文同时考虑了其频率特性和不同工况下的刚度性能,利用折衷规划法并结合平均频率法和灰色关联度分析将其转化为单目标优化问题,建立了该优化问题的综合数学模型。在根据综合数学模型进行优化时,对比分析了不同静动态权重系数分配对优化结果的影响并确定了该权重系数分配,在此基础上对比分析了拔模工艺约束对优化结果的影响,最终选取双向拔模约束优化结果对控制臂进行了轻量化再设计,并进行了性能计算分析。结果表明,新控制臂能够满足性能设计要求,且相比优化前减重13%,轻量化效果显著。
内 容：原文可通过湖北省科技信息共享服务平台（http://www.hbstl.org.cn)获取