基于可靠性的悬架控制臂拓扑优化

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1、基于可靠性的悬架控制臂拓扑优化王路2015年6月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540基于可靠性的悬架控制臂拓扑优化作者姓名王路学院名称机械与车辆学院指导教师陈潇凯副教授答辩委员会主席冯能莲教授申请学位工程硕士学科专业车辆工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月Reliability-basedTopologyOptimizationofcontrolarmforvehiclesuspensionCandidateName：LuWangSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMen

2、tor:AssociateProf.XiaokaiChenChair,ThesisCommittee：Prof.NenglianFengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：VehicleEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要本文在汽车轻量化的背景下，以悬架系统中的控制臂作为研究对象，针对多工况多目标拓扑优化以及可靠性拓扑优化设计方法问题开展研究，提出了一种能够同时对结构刚度和模态特性进行优化的多目标拓扑优化方法，完成了拓扑优化后控制臂的新结构重构；采用单层序贯可靠性拓扑优化方法，完成了控制臂的可靠性拓扑优化设计。首先，归纳总结了拓扑优化和可靠性优化设计理论的概念和发展状况，介绍连续体结构拓扑优化的主要

4、方法。接着，选取载荷恶劣的多种典型工况进行整车仿真，获取作用在控制臂上的载荷，将其作为静力学分析和拓扑优化的边界条件，分析控制臂的静力学强度特性，获取结构在不同工况下的柔度，分析其在约束模态和自由模态下的模态和固有频率。然后，根据结构外形和设计目标建立拓扑优化设计空间，将载荷数据作为边界条件，体积比、制造工艺作为约束条件，以不同工况下的柔度和综合固有频率作为目标函数进行单目标优化。考虑到在不同工况下，以柔度为目标函数的最优拓扑结构是不同的，同时，以频率和柔度为目标函数的最优拓扑结构差异更大，本文采用折衷规划法，将柔度和频率与单目标优化最优解之间的“距离”作为目标函数建立优

5、化模型，进行多目标拓扑优化。根据优化结果的概念模型，确定载荷传递路径和结构形式，重新构建模型，将其与原模型进行对比，对比结果显示重建模型在体积减小的情况下，各个工况下结构的最大应力减小、柔度减小，前三阶弹性体模态频率增加，优化结果满意。最后，利用可靠性分析方法对载荷进行修正，并利用修正后的载荷数据，进行多目标拓扑优化，概念优化模型加强了中部的肋和球铰连接部分的结构，减少了底部孔洞数量，所得的拓扑优化结果能够体现不确定性对结构性能的影响，设计结果更加合理。关键词：轻量化设计；悬架控制臂；多目标；可靠性；拓扑优化I北京理工大学硕士学位论文AbstractAtthebackgr

6、oundofvehiclelightweight,thispaperfocusedonthecontrolarmofsuspensionsystem,Basedonthethesisofcontinuumstructuraltopologyoptimization,inconsiderationofmanufacturingconstraintsofindustryprocess,combinedwiththethesisofreliability.Firstly,concludedandsummarizedtheconceptanddevelopmentoftopolo

7、gyoptimizationandreliability-basedoptimization,thenintroducedthemainmethodsofcontinuumstructuraltopologyoptimization.Secondly,selectedseveralbadtypicalloadingcasesforvehiclesimulation,obtainedtheloadingofcontrolarm,thiscanberegardedastheboundaryconditionsofstaticana