分时四驱分动器力学分析与结构多学科优化设计

摘要

本文针对分动器的传统优化过程繁琐等问题，为实现对分动器力学性能和轻量化的同步优化，引入了多学科设计优化(Multi-disciplinary design optimization,MDO)方法。建立分动器参数化模型并选择设计变量，利用理论计算和计算机仿真对分动器进行传动力学分析，对分动器进行有限元分析确定约束条件和目标函数，实现分动器的多学科优化设计。
　　首先，根据分时分动器结构特征及工作原理，推导各轴承力的计算公式，得出在三种工况下轴承力的理论值；基于ROMAX建立分动器内部传动模型，加入载荷计算各工况轴承力大小，经对比后相互验证了两者的准确性，并以此作为后续有限元分析施加载荷的依据。
　　其次，针对分动器的优化设计确定约束条件和目标函数，约束和优化初始值来自前期对分动器内部转动部件进行传动力学分析，及简化模型的有限元分析：运用东华动态信号采集分析系统测得分动器模态参数，与计算机仿真模态进行对比验证；对分动器模型进行有限元分析，经简化模型，网格划分，材料属性等前处理，计算得到分动器的静力强度分析结果。
　　然后，因为分动器的优化设计实质是数值的优化，即通过有限元分析的反馈信息更改几何外形参数。文中首先针对某款四驱汽车的分动器样件进行逆向参数化建模，将完成的模型装配体几何参数导出，录制操作日志文件，生产新的分动器模型，编写用于MDO优化平台中参数化组件的批处理文件。此部分为参数化设计选取设计变量。
　　最后，本文通过引入MDO思想，针对分动器的优化设计建立多学科优化数学模型，分别介绍了多种全局优化算法，并确定自适应模拟退火算法(Adaptive Simulated Annealing,ASA)在全局范围内搜索最优解，根据分动器优化设计思路构建了MDO设计流程图。在ISIGHT软件中搭建的优化平台上集成UG、ABAQUS和计算器组件，并基于ASA算法进行迭代计算。分动器总质量较优化前减小0.24kg，最大主应力减小21.9％，最大位移减小3.0%，一阶固有频率增大10.9%。计算结果显示完成了分动器轻量化和力学性能的同步优化，同时验证了将多学科设计优化方法应用于分动器优化设计的可行性。

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第一章 绪论

1.1 研究目的和研究意义

1.2国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 基于ROMAX的分时四驱分动器力学分析

2.1 分时分动器结构介绍及工作原理

2.2 分动器内部轴承受力分析

2.3 理论公式计算和ROMAX仿真结果对比分析

2.4 本章小结

第三章 基于ABAQUS的分时分动器简化模型有限元分析

3.1 模态分析

3.2 静力强度分析

3.3 本章小结

第四章 基于UG的分时分动器结构参数化设计

4.1引言

4.2 参数化研究现状

4.3 分动器的参数化建模

4.3 本章小结

第五章 基于多学科设计优化方法的分时分动器优化设计

5.1引言

5.2 多学科设计优化方法

5.3分动器的多学科优化设计

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简介

攻读硕士学位期间的科研经历及成果