[發(fā)明專利]一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410829457.3
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104462725B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳靜;黃河;王登峰;陳書明;王倩;陶興龍;周沖
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 齊安全,杜森垚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

下控制臂作為汽車懸架系統(tǒng)的導(dǎo)向和傳力元件，它起著傳遞車架和車輪之間的一切力和力矩，緩和路面沖擊，衰減振動等作用。它是底盤系統(tǒng)的重要安全件，在設(shè)計(jì)中要求強(qiáng)度高、可靠性好。單板沖壓件下控制臂較鑄造或焊接下控制臂具有質(zhì)量輕、焊縫少、加工方便等優(yōu)點(diǎn)，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。有限元性能分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在汽車設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用已很成熟。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種汽車單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，該方法有設(shè)計(jì)周期短，節(jié)約開發(fā)成本，可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)，為單板沖壓下控制臂輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種完整的通用的設(shè)計(jì)流程。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：

一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，首先進(jìn)行對標(biāo)車型下控制臂的載荷提取并通過有限元分析方法對其進(jìn)行性能分析，然后以對標(biāo)車各項(xiàng)性能為性能約束指標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)出滿足要求的單板沖壓下控制臂，對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行幾何修整，得到最終設(shè)計(jì)結(jié)果；具體包括以下步驟：

步驟一、提取對標(biāo)車下控制臂連接點(diǎn)處的典型工況載荷及疲勞載荷時(shí)間歷程；

步驟二、運(yùn)用有限元方法分析對標(biāo)車型下控制臂的振動特性、剛度、強(qiáng)度、疲勞性能，將分析獲得的性能結(jié)果作為控制臂后續(xù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程的性能指標(biāo)約束；

步驟三、在對標(biāo)車下控制臂性能指標(biāo)約束下，在下控制臂設(shè)計(jì)空間內(nèi)進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，得到待設(shè)計(jì)控制臂材料的最優(yōu)分布形式；

步驟四、將步驟三的結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果修整成可沖壓加工的結(jié)構(gòu)形狀；

步驟五、在對標(biāo)車下控制臂性能指標(biāo)約束下，綜合應(yīng)用尺寸優(yōu)化和形貌優(yōu)化方法對步驟四所得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確定控制臂的最佳厚度及最佳加強(qiáng)筋位置形狀，修整結(jié)構(gòu)；

步驟六、在對標(biāo)車下控制臂性能指標(biāo)約束下，綜合應(yīng)用形狀優(yōu)化和自由形狀優(yōu)化方法對步驟五所得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以改善控制臂圓弧處應(yīng)力分布和確定翻邊的長度，修整結(jié)構(gòu)后進(jìn)行有限元性能分析，與對標(biāo)車型下控制臂性能對比，得到最終設(shè)計(jì)結(jié)果；

一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述步驟一的具體過程如下：

1.1)根據(jù)對標(biāo)車型的懸架性能參數(shù)建立其多體動力學(xué)模型；

1.2)將典型工況下的輪胎接地力輸入懸架多體動力學(xué)模型，獲得下控制臂連接點(diǎn)處典型工況靜載荷；

1.3)將對標(biāo)車實(shí)車道路試驗(yàn)獲得輪心六分力信號輸入懸架多體動力學(xué)模型，獲得下控制臂連接點(diǎn)處的疲勞載荷時(shí)間歷程。

一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述步驟二的具體過程如下：

2.1)對對標(biāo)車幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定材料屬性參數(shù)，建立有限元模型；

2.2)將下控制臂連接點(diǎn)處典型工況靜載荷輸入步驟2.1)所建有限元模型，分析得到對標(biāo)車下控制臂的剛度、強(qiáng)度；

2.3)將下控制臂連接點(diǎn)處的疲勞載荷時(shí)間歷程輸入步驟2.1)所建有限元模型，分析得到對標(biāo)車下控制臂的疲勞性能；

2.4)在步驟2.1)所建有限元模型中設(shè)置特征值提取卡片，進(jìn)行元自由模態(tài)分析，得到對標(biāo)車下控制臂的振動特性；

2.5)將以上有限元分析獲得的性能結(jié)果作為待設(shè)計(jì)下控制臂的性能指標(biāo)約束。

一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述步驟三的具體過程如下：

3.1)在對標(biāo)車下控制臂不與懸架其他構(gòu)件發(fā)生干涉的區(qū)域內(nèi)，確定待設(shè)計(jì)下控制臂設(shè)計(jì)空間后建立有限元模型；

3.2)對步驟3.1)建立的有限元模型施加工藝約束，在各性能指標(biāo)的約束下，以質(zhì)量最輕為目標(biāo)，以單元密度為設(shè)計(jì)變量，對下控制臂進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，得到待設(shè)計(jì)下控制臂材料的最優(yōu)分布形式。

一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述步驟五的具體過程如下：

在對標(biāo)車下控制臂性能指標(biāo)約束下，以質(zhì)量最輕為目標(biāo)，以下控制臂厚度、下控制臂主體形狀擾動為設(shè)計(jì)變量，綜合應(yīng)用尺寸優(yōu)化和形貌優(yōu)化方法對所述步驟四所得結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確定下控制臂的最佳厚度及最佳加強(qiáng)筋位置形狀，對本步驟優(yōu)化結(jié)果重復(fù)所述步驟四操作，修整結(jié)構(gòu)。

一種單板沖壓下控制臂的輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述步驟六的具體過程如下：