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《基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究.pdf》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第29卷第1期2016年1月机电产品开发与钏崭Development&I曲ov撕on0fM舵llinery&Ekc斑calPmductsVO
2、.29.NO.1Jan。2016文章编号:1002—6673(2016)01—026-03基于OptiStruct碳纤维复合材料顶盖结构优化设计的研究廖勇(东风柳州汽车有限公司,广西柳州545000)摘要:以某款汽车顶盖为例,采用碳纤维复合材料替换金属材料。根据复合材料的特点。提出了新型的复合材料优化设计技术,即自由尺寸优化,尺寸优化和铺层顺序优化。并采用这种新型
3、优化方法,对复合材料顶盖进行优化设计,结果表明,在保证刚度的前提下,通过优化设计能大大减轻顶盖的重量,轻量化效果明显。关键词:顶盖;碳纤维复合材料;轻量化;优化设计中图分类号:TB47文献标识码:Adoi:10.3969,i_issn.1002—6673.2016.01.010optiIni孤咖nDesi驴oftheCFRPR∞fBa辩donO叫St眦tLlAoYo鸭(DongfengLiuzllou^-utomobileCo.,Ltd.,LiuzhouG啪g矗545000,Chilla)Abs慨t:T
4、akingacarroof丛exalllple,w11ichus瞄carbon曲er-reinforcedplaSdctor叩hcemetalmaterials,dlenaccor血gto出echaracte卜iSdcsofcoInposite,wedeVelopedtllenewop血nizadontecllnologyofcornpositesmlctIlre,tllenewopdmizadontechnology近te孕牡ed五kesizeopdnlizadon,sizeop缸zadona11ds
5、h衄e叩d工rlizadon.weusedmeneWme山odtodes和dlecompo妣roof砌猢lyzedit.The猢l—ysisresuhsho、^,s山ecoInpositeroofcanreduceweight血r山er.1互ky啊叼ands:roof;CFR.P;Ⅱghtweight;op6nlizadondesi印0引言碳纤维复合材料作为新型的轻量化材料具有密度小、比刚度、比强度高和可设计性强的特点,在航空航天及军用领域得到了大力的发展和应用【l】。在汽车轻量化研究的新形式下,碳纤维
6、复合材料也成为了最具潜力的轻量化设计材料。针对碳纤维复合材料的汽车零部件的设计正在大力的展开。本文以汽车顶盖为研究对象,采用碳纤维复合材料替代金属材料,并利用OptiStnJct对顶盖进行了结构优化设计。根据结果得到了顶盖结构设计方案,使其在保证刚度前提下。实现了轻量化的目标。1研究背景1.1碳纤维复合材料碳纤维是一种力学性能优异的新型材料。它的比重不到钢的1,4.抗拉强度一般都在3500MPa以上是钢的7—9倍,抗拉弹性模量为230—430GPa亦高于钢。因此碳纤维复合材料的比强度和比模量很高。比强度
7、越高,则零修稿日期:2015一”一25作者简介:廖勇。高级工程师。26件自重越少。比模量越高,则零件刚度越大。本文中,选用碳纤维作为复合材料的增强纤维,牌号为,1300;选用环氧树脂为复合材料的基体材料,牌号为树脂5208。选用泡沫作为芯材。基本性能如表1、2所示闭。表1碳纤维基本性能Tab.1ThebasicprOpertiesofthecarbonf.berp瓜g.m4EI,GPaE—GPa仙也Gl/GPa160018l10.30.287.17X删PaXc,MPaY删PaYc,MPas,MPh150
8、0加2415681.2OptistruCt结构优化表2泡沫基本性能理论概述Tab.2Thebasicproperties基于Op碰帕nlct结构优化ofthepure设计方法是通过有限元法对厅面;]—i=_]_i同相应物理问题进行分析计I150o.4915算,得到结构响应,并对结果进行收敛判断,设计灵敏度分析,得到近似模型,然后将物理模型转换为数学模型,利用最优化理论,以数学规划理论为基础,在满足多种约束的前提下,得到最优结果,具体流程如图1所示闭。OptiStmct采用三种方法建立近似模型:最优化准则
9、法、对偶法和可行方向法。后两者都基于设计空间的凸线·产品与市场·也到........................I}........一FE建模a)建立FE模型b)设置边界条件定义优化问题a)定义设计目标b)定义设计约束/结果\WI!灵t度分析____●___●●-_-___。___-___——王近______________。_____●。。。。_____——.................:l:........一优化_●______
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