轻型载货汽车驱动桥轻量化研究

摘要

近年来，能源短缺、环境污染等问题日益严峻，轻量化作为节能减排的有效技术手段之一，已成为汽车发展技术研究的前沿和热点之一，同时越来越多的学者参与到轻量化技术相关方面的研究上来，并取得了一定的成果。轻量化设计流程虽然在某些共性问题上存在相似之处，但也会因构件的不同而存在方法上的差异。且构件在使用过程中需要满足多方面的要求，这常常需要多个学科知识的相互耦合才能被同时满足。车桥作为载货汽车重要部件之一，虽然诸多学者对其进行了轻量化研究，但大多数轻量化研究仍旧停留在单个构件的单学科优化上，导致优化结果往往只能满足一个使用条件而忽略了其他使用条件的限制，优化流程混乱，现有车桥轻量化设计方法仍存在一定的局限性。
　　 针对上述问题，本论文开展了以下几方面的研究:
　　 (1)对研究对象的选择进行了讨论，提出了最小总成的概念，并对车桥结构进行了合理拆分。该拆分方法使得车桥结构之间层次更加清晰，总成与总成之间相互影响达到最小。对最小总成进行轻量化设计，能够降低车桥轻量化设计所需时间，同时更易实现车桥结构的模块化。
　　 (2)基于有限元法对驱动桥最小总成进行了静态结构分析、疲劳寿命分析和模态分析，并通过物理实验验证了结构分析和疲劳分析结果的正确性。本论文对所做实验的误差做出了合理的分析，对所取得的经验做出了必要的总结，并指出了具有一定借鉴价值的参考经验。
　　 (3)通过稀疏网格元模型建立了一种具有自动优化功能的近似模型。本论文依托概率与统计等相关理论，利用稀疏网格法构造了响应面。该种方法能够使用较少的样本点数来模拟整个优化空间，且能在预测误差较大的位置自动加入新样本点，从而有效减少计算次数，节约计算时间，并提高了近似模型的精确度。
　　 (4)根据近似模型，结合帕累托(Pareto)法则使用遗传算法得出了多学科耦合条件下的最优结构解集，并将解集中的部分最优参数带回模型中进行了验证，最终证明了基于稀疏网格法建立的近似模型具有较好的精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题来源

1．4 研究内容

第2章 驱动桥结构拆分以及边界条件获取

2．1 驱动桥简介

2．2 驱动桥总成结构拆分以及研究对象的确定

2．3 驱动桥边界条件的获取

2．3．1 垂直载荷工况

2．3．2 量大倾向力工况

2．3．3 量大牵引力工况

2．3．4 紧急制动工况

2．4 驱动桥材料属性的获取

2．4．1 材料拉伸实验

2．4．2 拉伸实验数据的处理

2．5 本章小结

第3章 有限元模型的建立以及实验验证

3．1 驱动桥总成有限元模型的建立

3．1．1 有限元法简介

3．1．2 驱动桥总成有限元模型的建立

3．2 静强度静刚度实验与有限元分析结果对比验证

3．2．1 静强度静刚度实验

3．2．2 实验数据处理

3．2．3 有限元分析以及结果对比

3．3 疲劳实验与疲劳分析结果的对比验证

3．3．1 疲劳寿命分析基础理论

3．3．2 驱动桥总成疲劳寿命分析

3．3．3 驱动桥总成疲劳实验以及结果对比

3．4 实验经验总结

3．5 本章小结

第4章 驱动桥总成有限元分析

4．1 驱动桥静应力分析

4．1．1 边界条件加载

4．1．2 各工况下桥壳的静应力计算结果

4．2 驱动桥总成模态分析

4．2．1 模态分析基本理论

4．2．2 模态分析

4．3 驱动桥总成疲劳寿命分析

4．4 本章总结

第5章 基于近似模型的多学科耦合轻量化设计

5．1 概述

5．2 基于近似模型的多学科耦合轻量化设计方法基本理论

5．2．1 近似方法技术

5．2．2 实验设计

5．2．3 优化算法

5．3 轻量化准备工作

5．3．1 优化区间的确定

5．3．2 优化变量的职位范围

5．3．3 轻量化约束条件、目标函数的确定

5．4 驱动桥总成轻量化设计计算结果

5．4．1 最优结果的确定

5．4．2 驱动桥优化验证

5．4．3 轻量化设计结果输出

5．5 本章小结

总结及展望

附录

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目

致谢

学位论文评阅及答辩情况表