长城赛铃后桥钢板弹簧遗传算法优化设计

摘要

汽车平稳的行驶必须依靠可靠的悬架系统来保证。悬架系统将车辆的载荷传递给车轮，同时吸收路面通过车轮对车身的冲击与振动。悬架系统的刚度和振动频率直接影响汽车行驶时的稳定性、安全性和舒适性。所以合理的设计悬架系统，是汽车设计过程当中重要的环节。
　　在汽车悬架系统中，由钢板弹簧组成的非独立悬架因为结构简单;性能可靠;承载能力强，从而被广泛应用于各种载货车辆。早期的钢板弹簧悬架设计过程当中，为了方便进行计算，往往把钢板弹簧的力学模型进行比较大的简化。在设计过程当中，往往需要很多的经验公式和调整参数。在设计过程当中，计算的原则只要满足悬架的基本力学性能和运动学性能即可，不要求对力学状态的精确模拟，也就难以根据实际情况设计出钢板弹簧的最佳结构。
　　随着计算机技术、优化设计算法和计算机仿真等新技术的不断发展，计算机强大的计算能力，让工程设计人员可以建立更加精确的钢板弹簧力学模型。在CAD、CAE的技术支持下，钢板弹簧的设计可以实现多目标、多约束条件下的优化计算。在设计过程当中可以生成实体模型，实体模型通过有限元分析软件的仿真计算，可以得到更加精确的力学分析结果，更加方便验证优化设计的效果。
　　目前对于轻型卡车来说，少片变截面钢板弹簧因为优异的性能而越来越多的应用开来。相对于传统的钢板弹簧，少片变截面钢板弹簧具有更轻的质量，从而降低车重和油耗，改善了行驶时的稳定性。保定长城汽车生产的赛铃皮卡，是国内销量最大的皮卡车型，后悬架设计采用了传统的钢板弹簧结构。本文中通过采用遗传算法的优化设计过程，将赛铃皮卡的传统钢板弹簧转变为少片变截面钢板弹簧元件。在进行完优化设计的数学计算之后，根据计算得到的结构尺寸数据，使用PRO ENGINEER软件对钢板弹簧零件和总成进行三维建模。同时，我们还将原来的钢板弹簧零件和总成也进行了建模。两种类型的钢板弹簧总成建模完成后使用有限元分析软件ANSYS对他们进行对比分析。
　　最终结论是，通过使用遗传算法优化设计后的赛铃皮卡后桥钢板弹簧悬架总成比原有悬架总成减轻了质量;改善了钢板弹簧每片的受力状况;提高了使用寿命。本次优化设计最终取得理想的设计效果。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 轻型卡车悬挂系统

1．2 汽车钢板弹簧的发展及研究方向

1．2．1 汽车发展的早期时代

1．2．2 少片变截面钢板弹簧的发展

1．3 我国汽车钢板弹簧的发展

1．4 汽车钢板弹簧的发展前景

第二章 钢板优化设计方法

2．1 优化设计的原理与工作过程

2．2 常用优化设计方法

2．2．1 约束类优化计算方法

2．2．2 无约束类优化计算方法

2．3 遗传算法

2．3．1 遗传算法的特点

2．3．2 遗传算法的组成

2．3．3 遗传算法的步骤

2．4 优化设计计算结果分析

2．5 本章小节

第三章 长城赛铃后桥钢板弹簧优化设计

3．1 钢板弹簧设计的设计原则

3．1．1 普通钢板弹簧的设计与计算

3．1．2 钢板弹簧设计的力学模型

3．1．3 少片钢板弹簧的计算

3．2 长城赛铃后桥参数及设计方法

3．2．1 长城赛铃皮卡的基本参数

3．2．2 长城赛铃皮卡后桥钢板弹簧尺寸

3．3 长城赛铃后桥钢板弹簧优化设计

3．3．1 力学模型的建立和设计变量的选择

3．3．2 建立优化设计目标函数

3．3．3 约束条件

3．3．4 其他参数

3．4 遗传算法的实现步骤

3．5 遗传算法的MATLAB计算过程

3．5．1 遗传算法的流程图

3．5．2 MATLAB遗传算法编程

3．5．3 优化设计计算结果

3．6 本章小节

第四章 钢板弹簧的几何建模

4．1 CAD技术发展

4．1．1 CAD的技术优势

4．1．2 CAD技术的发展过程

4．1．3 我国CAD技术简介

4．2 常用CAD软件介绍

4．2．1 Pro／Engineer

4．2．2 UG

4．2．3 CATIA

4．2．4 Creo

4．3 PRO／E钢板弹簧建模

4．3．1 对于原车的普通钢板弹簧的建模

4．3．2 原车钢板弹簧建模后的结果

4．3．3 优化设计后的钢板弹簧的建模尺寸计算

4．3．4 优化设计后的钢板弹簧的建模

4．4 本章小节

第五章 钢板弹簧的有限元分析

5．1 有限元分析的基本原理与方法

5．1．1 有限元分析的基本原理

5．1．2 有限元计算的具体方法

5．2 有限元分析常用软件

5．2．1 ANSYS

5．2．2 Cosmos

5．2．3 NASTRAN

5．3 汽车钢板弹簧有限元分析步骤

5．3．1 非线性分析

5．3．2 非线性分析的基本步骤

5．4 长城赛铃轻型卡车弹簧有限元分析

5．5 长城赛铃轻型卡车弹簧有限元分析结果

5．5．1 原车钢板弹簧分析结果

5．5．2 优化后少片弹簧分析结果

5．6 本章小节

第六章 少片变截面钢板弹簧性能试验

6．1 钢板弹簧性能试验

6．1．1 钢板弹簧的刚度测定

6．1．2 钢板弹簧的应力测定

6．1．3 钢板弹簧单片疲劳试验

6．1．4 钢板弹簧总成疲劳试验

6．2 少片变截面钢板弹簧性能试验

6．2．1 钢板弹簧试验的目的

6．2．2 试验设备

6．2．3 试验过程

6．3 本章小节

第七章 全文总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

致谢