某型轿车轮毂轴承力学性能分析及优化设计

摘要

第三代轿车轮毂轴承是汽车的重要零部件，由于其结构新颖、运行工况恶劣且使用广泛，针对其开展力学性能分析及优化设计具有重要意义。
　　本文首先针对轮毂轴承开展静力学分析。采用Catia建立轮毂轴承三维模型，基于Hypermesh及Ansys生成与轮毂轴承转弯工况相等效的有限元模型，考察轮毂轴承单元的力学性能。将仿真结果与力矩刚性试验结果进行比对，验证了有限元分析的正确性，精确地预测了轮毂轴承的力学性能。
　　在对轮毂轴承静力学分析的基础上，基于Ansys/Ls-dyna开展了轮毂轴承在低速工况下的显式动力学分析，考察了轮毂轴承主要部件的速度场、应力场以及加速度场的分布形式，同时将仿真值与解析解进行比对，验证仿真结果的正确性。在此基础上，综合对比了轮毂轴承在低速、中速以及高速状态下的动态特性，分析了轮毂轴承转速对各部件应力场以及加速度场的影响。
　　最后，针对轮毂轴承进行多目标优化，建立轮毂轴承优化设计数学模型，选取疲劳寿命、磨损寿命以及旋滚比作为目标函数，以轮毂轴承结构参数作为设计变量。引入惩罚函数处理约束条件，将原约束优化问题转化为无约束优化问题，采用带精英保留策略的非劣排序遗传算法(NSGA-II)进行轮毂轴承多目标优化设计。优化结果表明，各目标性能均得到不同程度的改善，优化效果显著。最后通过有限元仿真对优化前后轮毂轴承的应力及变形情况进行对比，验证了优化设计的正确性。

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及存在的问题

1.3本文主要研究内容

第二章 基础理论

2.1显式动力学理论

2.2优化设计理论

2.3本章小结

第三章 轮毂轴承静力学分析

3.1有限元软件

3.2几何建模

3.3静力学模型及分析

3.4有限元模型建立

3.5结果分析

3.6刚度分析试验验证

3.7本章小结

第四章 轮毂轴承显式动力学分析

4.1 Ls-dyna简介

4.2几何建模

4.3有限元模型的建立

4.4显式动力学结果分析

4.5相同负载不同车速下动态特性对比

4.6本章小结

第五章 轮毂轴承结构多目标优化设计

5.1轮毂轴承优化设计数学模型

5.2基于遗传算法的优化设计数值分析

5.3优化结果分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

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