驻车制动操纵机构总成轻量化研究

摘要

在当前节能减排的背景下，汽车轻量化作为一种重要的技术应运而生。汽车轻量化设计水平的高低直接影响到汽车的安全性、动力性、燃油经济性和操纵稳定性。而汽车整车轻量化设计是以零部件的轻量化设计为基础，本课题结合企业的实际需求对驻车制动操纵机构总成进行轻量化研究，隶属于广州某汽车零部件企业与广东工业大学校企合作项目的一部分。
　　本文研究了汽车轻量化设计的理论和方法，结合ANSYS有限元软件结构分析模块和拓扑优化模块，对驻车制动操作机构总成进行轻量化设计与优化，具体内容如下:
　　首先研究了汽车零部件轻量化设计的理论方法，分别从结构轻量化、材料轻量化和制造轻量化三个方面阐述轻量化的具体方法，应用三种轻量化方法对驻车制动操作机构总成进行总体的轻量化方案设计。
　　其次阐述了操纵机构总成的工作原理和结构特征，按照驻车制动操纵机构总成设计规范的要求，建立有限元模型。通过模态仿真与振动模态试验的对比分析，验证了有限元模型的精确性。针对中位横向力工况、中位拉伸工况、低位拉伸工况和高位拉伸工况进行仿真计算，分析四个典型工况下各部件的强度余量、结构特点以及轻量化价值。独特利用ANSYS软件中拓扑优化模块对总成操纵板、中间板和安装支座的装配体进行拓扑优化，得出优化方案。
　　最后，对优化以后的驻车制动操纵机构总成重新进行建模分析，对比四个典型工况和模态分析的仿真结果得出结论:在总成结构强度和刚度满足要求的情况下，驻车制动操纵机构总成质量由1.277kg减少到0.845kg，总成重量减少了33.8％，每年为企业节省材料成本250多万元，大大提高企业产品的竞争力。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究的意义、来源和目的

1．2．1 课题研究的意义

1．2．2 课题研究的来源和目的

1．3 国内外汽车轻量化研究概况

1．3．1 国外汽车轻量化研究概况

1．3．2 国内汽车轻量化研究概况

1．4 本文研究内容与思路

第二章 汽车零部件轻量化理论及方法研究

2．1 轻量化理论及方法研究概述

2．2 结构轻量化

2．2．1 轻量化结构设计

2．2．2 轻量化结构优化

2．3 材料轻量化

2．3．1 高强度钢的应用

2．3．2 镁合金和铝合金的应用

2．3．3 工程塑料及复合材料

2．4 制造轻量化

2．4．1 加工工艺

2．4．2 连接技术

2．5 驻车制动操纵机构总成轻量化方法总体研究

2．6 轻量化设计的辅助工具

2．7 本章小结

第三章 驻车制动操纵机构总成结构分析及建模

3．1 驻车制动操纵机构总成工作原理及结构特征

3．1．1 驻车制动操纵机构总成工作原理

3．1．2 驻车制动操纵机构总成结构特征

3．2 驻车制动操纵机构总成性能指标

3．3 驻车制动操纵机构总成建模

3．3．1 数据准备

3．3．2 模型简化及几何模型的建立

3．3．3 单元类型的确定及网格划分

3．3．4 材料的设置

3．3．5 约束条件及载荷的设置

3．4 本章小结

第四章 驻车制动操纵机构总成轻量化分析及优化

4．1 有限元模型的验证

4．1．1 模态仿真结果

4．1．2 实验验证的过程

4．1．3 实验验证的结果

4．2 驻车制动操纵机构总成不同工况仿真结果分析

4．2．1 中位横向力工况分析

4．2．2 中位拉伸工况分析

4．2．3 高位拉伸工况分析

4．2．4 低位拉伸工况分析

4．3 驻车制动操纵机构总成轻量化优化

4．3．1 基于变密度法的拓扑优化数学模型

4．3．2 拓扑仿真优化

4．4 可制造化处理

4．5 本章小结

第五章 驻车制动操纵机构总成优化后方案验证

5．1 对轻量化优化方案重新建模

5．2 驻车制动操纵机构总成优化后不同工况仿真结果分析

5．2．1 中位横向力工况分析

5．2．2 中位拉伸工况分析

5．2．3 高位拉伸工况分析

5．2．4 低位拉伸工况分析

5．3 优化前后仿真结果对比分析

5．3．1 静态力学仿真结果对比

5．3．2 模态仿真结果分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢