基于正交试验-组合优化的钢-镁车架设计-论文.pdf

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1、第30卷第1期机械设计与研究Vo1．30No．12014年2月MachineDesignandResearchFeb．，2014文章编号：1006—2343(2014)01—120-04基于正交试验一组合优化的钢一镁车架设计叶盛，辛勇，李长银(1．南昌大学机电工程学院，南昌330031，E—mail：yes2012ncn@sina．com；2．江铃集团晶马汽车有限公司，南昌330100)摘要：以某国产SUV车架为研究对象，建立车架的有限元模型，运用OptiStruct对车架进行弯曲、扭转刚度和模态分析

2、，并进行模态试验，验证模型的有效性。利用正交试验法确定材料轻量化部件，并将这些部件的钢材料替换成镁合金，得到钢一镁车架。针对钢一镁车架刚度和模态性能的减弱问题，采用拓扑一形貌组合优化方法对部件进行优化设计，提高了车架的刚度和模态性能。设计结果表明，使用镁合金结合拓扑一形貌优化方法，设计的钢一镁车架相比原车架在质量减轻19．0kg的同时，刚度和模态性能得到一定的保证。关键词：车架；正交试验；镁合金；拓扑一形貌组合优化；轻量化中图分类号：U463文献标识码：ATheDesignofSteel-Magnes

3、iumVehicleFramebyOrthogonalTestandCombinationOptimizationYeSheng‘，XinYong，LiChangyin(1．SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，NanchangUniversity，Nanchang330031，China；2JianglinggroupCrystalHorseAutomobileCo．Ltd．，Nanchang330100，China)Abstract：TookanSU

4、Vframeasresearchsubject，establishedthefiniteelementmode1．Analyzeditgbending、torsionalstifnessandmodalbyOptiStruct，andcomparedthemodalvaluewithtesttoensurethemodelefectiveness．Usedorthogonaltestmethodtodeterminethelightweightcomponents，replacedtheirsteel

5、materialbymagnesiumalloy，SOgotthesteel—magnesiumframe．ThenadoptedTopology—shapecombinationoptimizationdesignmethodtoimproveitsstiffnessandmodalperformance．Resultsofthedesignshowsthat，afterusedMagnesiumalloyandTopology—shapecoin—binationoptimization，then

6、ewsteel—magnesiumflamemassis19．0kglighterthantheoriginalone，atthesametime，thestiffnessandmodalperformancearewellguaranteed．Keywords：flame；orthogonaltest；magnesiumalloy；topology—shapecombinationoptimization；lightweight由于环境的污染越来越严重，减少排放量节约燃料是当轻量化十分理想的材料。目

7、前对汽车车架的轻量化设计前汽车领域一个十分迫切的问题，因此对车辆减重是机械工主要倾向于结构优化改进，很少注重新型轻量化材料的使程中一个很重要的领域⋯。研究表明，汽车重量每减少用，因此，从新型轻量化材料人手并结合拓扑一形貌结构优10％，就可以节油5％～8％，在温室效应方面，汽车重量每减化设计对车架进行轻量化研究将具有一定的探索意义。本轻100kg，可以减少CO2排放12．5g／kin。目前，采用镁、研究以某国产SUV车架为研究对象，对其进行刚度和模态铝等新型轻量化材料来代替汽车上的钢材料达到汽车轻量仿真

8、分析，使用镁合金材料，结合正交试验法确定材料轻量化已经成为汽车发展的大趋势，化目标；同时针对车架性能降低的问题，建立拓扑一形貌组由于车架结构及载荷的复杂性，轻量化优化设计与有限合优化设计数学模型，进行优化设计，得到满足刚度和模态元分析和材料属性相结合，能够获得很好的效果。传统性能的钢铝复合车架模型。上汽车轻量化采用材料主要是高强度钢和铝合金，随着需求1车架刚度及模态有限元分析的增长和加工工艺水平的不断提高，镁合金也变得越来越重1．1车架弯曲和扭转刚度分析