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第25 卷 第1 期 厦门理工学院学报 Vol. 25 No. 1
2017 年2 月 Journal of Xiamen University of Technology Feb. 2017
双横臂式独立悬架下摆臂的轻量化设计
彭光旭, 赵树恩
(重庆交通大学机电与车辆工程学院, 重庆400074 )
[摘 要] 针对双横臂式独立悬架下摆臂的结构优化问题, 提出一种基于刚度和质量灵敏度分析的参
数化优化方法。 通过HyperMesh 建立下摆臂有限元模型, 选取4 种极限工况对下摆臂进行强度分析和自由
模态的仿真分析。 选择关于下摆臂刚度及质量的灵敏度相关性较高的零件作为优化设计变量, 下摆臂质量
最小化为设计目标函数, 强度性能为约束条件进行轻量化设计。 仿真结果表明, 优化后的摆臂模型, 其刚
度及模态性能得到保证的前提下, 悬架下摆臂结构总成质量减轻23 6% 。
[关键词] 悬架摆臂; 轻量化设计; 模态分析; 刚度灵敏度; 参数优化
[中图分类号] TH123 [文献标志码] A [文章编号] 1673 - 4432 (2017 ) 01 - 0038 - 06
作为节能减排的重要手段, 汽车轻量化技术已经成为汽车工业快速发展的风向标。 研究表明,
[1 ]
汽车的质量每减少汽车整备质量的10 % , 汽车行驶中的燃油消耗量可以降低6 % ~ 8% 左右 。 悬
架作为汽车底盘中的重要构成之一, 它不仅可以起到传递力矩的作用, 还能衰减汽车行驶过程中
的振动, 提高车辆NVH 性能。 悬架摆臂结构的设计优良与否将直接影响到车轮定位参数的变化以
及车辆成员的安全。
国内外学者针对悬架摆臂结构的优化设计领域进行了诸多的学术研究和实验。 Zhu [2 ] 将摆臂多工
况下的柔度及振动的固有频率作为优化设计目标函数, 运用多目标方法对车辆摆臂进行了拓扑优化。
Zhao [3 ] 在考虑典型路面工况环境下优化了摆臂结构又找到了最佳材料分布区域, 优化之后摆臂结构的
[4 ]
刚度增大了24 6% 。 乐天聪 对悬架摆臂优化的同时进行了结构强度及模态分析, 仿真结果表明优
[5 ]
化前后摆臂结构刚度及模态在性能数据上并无差别但质量减轻。 张兆良 用HyperMesh 进行摆臂结构
前处理操作后进行强度与拓扑优化的分析, 在考虑到材料匹配的同时对摆臂进行轻量化优化设计, 取
得良好的实际效果。
综上所述, 在对悬架摆臂的研究方面, 国内外学者已经取得了一定的成果, 但其在摆臂结构的设
计上多以采用拓扑和形状优化以及将多体动力学和有限元理论相结合的方法进行优化设计, 而采用基
于刚度和模态灵敏度分析方法对摆臂进行轻量化设计研究的相对较少。 本文采用HyperMesh 建立摆臂
件的有限元模型, 以摆臂在各工况下的载荷设置边界条件对模型进行基于刚度和模态的灵敏度分析,
对比仿真分析结果提取设计变量, 设置刚度的约束条件, 以摆臂质量最小为目标函数运用 Optistruct
软件对悬架下摆臂进行轻量化设计。
1 下摆臂强度及模态仿真解析
1 1 有限元模型处理
汽车零部件轻量化设计是汽车轻量化的基础, 由于双横臂式悬架的摆臂多为冲压板件通过CO 保
2
[收稿日期] 2017 - 01 - 25 [修回日期] 2017 - 02 - 20
[基金项目] 国家自然科学基金项目 ) ; 重庆市重点产业共性关键技术创新专项项目 (cstc2015zdcy⁃
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