底盤輕量化設(shè)計
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-12-13
底盤輕量化設(shè)計的視頻教程
abaqus分析汽車輪轂以及輕量化設(shè)計
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底盤輕量化設(shè)計的實例教程
1.底盤懸架概述
底盤懸架是彈性連接車輪和承載系統(tǒng)的裝置，其作用不僅有衰減振動、傳遞載荷，還有緩和沖擊，另外，對處于行駛狀態(tài)的汽車而言，底盤懸架往往可用來調(diào)節(jié)車身位置，避免安全事故出現(xiàn)。
現(xiàn)將其核心功能概括如下：①向車架傳遞車輪受路面作用所產(chǎn)生應(yīng)力，如支承力、制動力、驅(qū)動力和側(cè)向反力，當(dāng)然，上述應(yīng)力帶來的力矩同樣經(jīng)由底盤懸架向車架進行傳遞，這點易被忽視；②緩沖并吸收不平路面給行駛中汽車帶來的沖擊、振動，為車載貨物的安全性提供保證，乘坐體驗也會得到一定程度優(yōu)化；③確保車輪和車身的關(guān)系始終滿足動態(tài)幾何特征，具體來說，就是車輪按照特定規(guī)律跳動，車身自然可以按照預(yù)期軌跡運動。現(xiàn)有汽車的底盤懸架，以非獨立懸架較為常見，該懸架主要分為兩部分，由穩(wěn)定桿、減振器等部件組成的前懸架以及由緩沖塊、平衡軸等部件構(gòu)成的后懸架，其中，后懸架結(jié)構(gòu)以平衡結(jié)構(gòu)為主。
2.輕量化設(shè)計探究
2.1 優(yōu)化策略
要想使底盤懸梁達到輕量化設(shè)計所提出的要求，有關(guān)人員應(yīng)著重考慮結(jié)構(gòu)、工藝及材料的優(yōu)化，以下將逐一對其進行介紹，希望能夠給人以啟發(fā)。
2.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
對于底盤懸架而言，結(jié)構(gòu)優(yōu)化既能夠?qū)崿F(xiàn)輕量化設(shè)計目標(biāo)，又可使零件質(zhì)量與成本處于平衡狀態(tài)。在計算機技術(shù)滲透到各行各業(yè)的當(dāng)下，利用計算機對結(jié)構(gòu)進行仿真設(shè)計和優(yōu)化成為大勢所趨。隨著尺寸優(yōu)化及形狀優(yōu)化手段被引入，汽車業(yè)可在成本維持不變的前提下，盡量降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量。經(jīng)由CAE 確定材料密度分布優(yōu)化方向，得出符合扭力梁主體需求的方案，通過對尺寸加以優(yōu)化，掌握結(jié)構(gòu)、管梁厚度的最佳參數(shù)，可使汽車質(zhì)量顯著降低，這也是輕量化設(shè)計被提出的初衷。
展開 底盤系統(tǒng)
包含了懸架、制動、轉(zhuǎn)向等子系統(tǒng)，在傳統(tǒng)意義上它影響著整車的舒適性、安全性與操控性，而對于新能源汽車而言，它的影響更加深遠。
新能源汽車的底盤設(shè)計有兩種途徑，一種是由傳統(tǒng)底盤改制設(shè)計，盡可能地沿用原有設(shè)計，根據(jù)需要進行部分的改制工作，開發(fā)難度小、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短，并且能夠與傳統(tǒng)車共用平臺，并在很大程度上沿用傳統(tǒng)車的成熟零部件。
但是考慮到公用性等，在開發(fā)設(shè)計的過程中受到的限制較多，總布置的難度較大，模塊集成化較低等缺點。
另外一種是新能源專有平臺開發(fā)，沒有燃油車公用等眾多限制，新能源專有底盤的設(shè)計可以更優(yōu)化、集成度更高、性能更卓越，因此專有平臺已經(jīng)成為新能源汽車底盤設(shè)計的新趨勢。
新能源汽車的底盤系統(tǒng)需要適應(yīng)于車載能源的多樣性、適用于高度集成的系統(tǒng)模塊，同時不限制汽車內(nèi)部空間與外部造型的設(shè)計。
底盤零件新材料、新工藝和穩(wěn)定性的總體要求
輕量化和新材料
汽車底盤在未來的發(fā)展方向之一便是汽車輕量化， 對于輕質(zhì)合金材料和高強度鋼的需求量在未來將會大大增加；底盤上對于鋁合金的運用也會越來越多；鎂合金的需求量也呈增長的態(tài)勢。但是，也要不斷研究一些新型設(shè)計來滿足汽車零部件重量輕的需求。
底盤輕量化
新能源汽車電池的重量占全車總重量的30%，其他的是車身和配件，因此，為了提升新能源汽車的性能與能源效率要使底盤輕量化。在設(shè)計過程中，要積極采用先進的技術(shù)和材料，不斷改進和完善結(jié)構(gòu)。一般情況下，可以改變尺寸、形狀或選擇空心結(jié)構(gòu)來降低零件質(zhì)量。同時，要盡量選擇鋁合金和鎂合金來代替鋼質(zhì)材料，這樣可以降低質(zhì)量，也可以引進熱成形等新型方法降低零件質(zhì)量。
對TRIP鋼材料的應(yīng)用
雖然TRIP鋼材料現(xiàn)階段在小型汽車中的應(yīng)用并不多見，尤其是在底盤設(shè)計中，更是不會使用TRIP鋼材料。
展開 將操控集成到底盤支架是可行的。在豪華車與跑車中，除了前軸操控，后軸操控也在不斷增長。其表現(xiàn)形式是四軸操控。
2. 未來的操控：將會是純電子操控方式，即使是高端車型，也會滿足線控轉(zhuǎn)向的所有功能，不過，依然是通過操縱軸的機械離合來實現(xiàn)。很多新的駕駛輔助系統(tǒng)將借助電子操控得以實現(xiàn)。
3. 未來的彈簧：由于成本的原因，空氣彈簧或者主動彈簧主要還是用于豪華車中。大批量生產(chǎn)的中低端車型依然裝配被動鋼螺釘彈簧。對于輕量化汽車來說，復(fù)合材料的板彈簧在成本持續(xù)下降后，有可能會得到應(yīng)用。
來源：輕量化技術(shù)網(wǎng)
1、 在未改變生產(chǎn)工藝及工裝的前提下，副車架優(yōu)化后滿足企業(yè)標(biāo)準的各項力學(xué)指標(biāo)，
2、 副車架重量由24.5 Kg降到22 Kg，減重8%，實現(xiàn)了低成本地輕量化設(shè)計。
該方法對其它底盤件的輕量化設(shè)計具有實際的參考價值。
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設(shè)計階段對汽車輪轂進行結(jié)構(gòu)尋優(yōu)。用拓撲優(yōu)化技術(shù)作為概念設(shè)計的方法，建立基于變密度拓撲優(yōu)化方法的汽車輪轂概念設(shè)計數(shù)學(xué)模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設(shè)計有限元模型，然后引用折中規(guī)劃法解決多工況問題，在Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件中建立汽車輪轂的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)；利用拓撲優(yōu)化技術(shù)在hyperworks軟件OSSmooth模塊構(gòu)建了3種輪轂的創(chuàng)新型拓撲結(jié)構(gòu)，分別將3種不同的拓撲結(jié)構(gòu)導(dǎo)入CAD軟件進行二次設(shè)計，對二次設(shè)計后的新型輪轂進行有限元分析。結(jié)果表明：在滿足材料許用應(yīng)力的前提下，7輻輪轂相比8輻、9輻以及原輪轂更滿足要求，質(zhì)量比原輪轂減小12.2%。
關(guān)鍵詞：概念設(shè)計；汽車輪轂；拓撲優(yōu)化；輕量化
0 引言
節(jié)能減排已成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，汽車輕量化是實現(xiàn)汽車節(jié)能減排的最佳途徑，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計是汽車輕量化的有效手段。汽車輪轂是汽車的重要部件，在行駛過程中，汽車與地面之間的力和力矩都是由輪轂承受和傳遞，輪轂直接影響汽車的整體行駛穩(wěn)定性、安全性、可靠性、平順性、牽引性以及外觀形狀，對汽車的整體能源消耗和輪胎壽命有很大影響。我國汽車結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)發(fā)展迅速，國內(nèi)很多學(xué)者根據(jù)有限元仿真技術(shù)對汽車現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，雖然達到了較好效果，但忽略了結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計階段。
概念設(shè)計作為機械產(chǎn)品重要的前期設(shè)計階段，很大程度上決定了客戶對產(chǎn)品的功能要求。相對于中后期的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，早期的設(shè)計成本更低，設(shè)計自由度更高。通過概念設(shè)計階段科學(xué)的分析計算，建立較為理想的設(shè)計模型，減少了設(shè)計中后期因為改進需要進行的大量反復(fù)修改，既縮短了周期又降低了成本[1-3]。
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底盤輕量化設(shè)計的最新內(nèi)容
今日16:00，Ansys官方『Ansys 結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計解決方案及案例分析』介紹Ansys Mechanical拓撲優(yōu)化仿真解決方案，以及輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計的工程案例分析，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時間：5月12日（星期二），16:00-17:00
內(nèi)容簡介：
1. Ansys Mechanical 拓撲優(yōu)化仿真解決方案
2.輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計案例分析
講師：
緊湊型望遠鏡案例分析
簡介
緊湊型望遠鏡作為便攜觀測類光學(xué)核心設(shè)備，以反射鏡緊湊排布實現(xiàn)光路折疊與像差校正，在壓縮體積的同時保障望遠成像效果，是便攜觀測、安防偵察及消費級觀景設(shè)備的關(guān)鍵組件，其光學(xué)結(jié)構(gòu)的合理性直接決定成像分辨率、視場范圍與設(shè)備便攜性，需嚴格滿足輕量化與高成像的雙重設(shè)計標(biāo)準。本項目基于 OAS 光學(xué)軟件，通過光機一體化建模、多維度像差校正與雜散光優(yōu)化，構(gòu)建高性能緊湊型望遠鏡光學(xué)方案
仿真+AI技術(shù)為快消包裝行業(yè)賦能提速、降本增效、推動可持續(xù)發(fā)展。
“
輕量化設(shè)計不僅關(guān)乎成本削減，更在于放大環(huán)保影響力。每減少一克材料，都能節(jié)省樹脂用量、減少廢棄物產(chǎn)生，且隨著貨架上數(shù)百萬件產(chǎn)品的規(guī)模化效應(yīng)，成效將十分顯著。而 PhysicsAI 讓我們能夠以前所未有的速度實現(xiàn)這些成果。
—— Kinetic Vision 開發(fā)總監(jiān)
Shane
<p><br></p><p><strong>仿真+AI技術(shù)為快消包裝行業(yè)賦能提速、降本增效、推動可持續(xù)發(fā)展。</strong></p><p><br></p><p><br></p><p>“</p><p class="ql-align-justify">輕量化設(shè)計不僅關(guān)乎成本削減，更在于放大環(huán)保影響力。每減少一克材料，都能節(jié)省樹脂用量、減少廢棄物產(chǎn)生，且隨著貨架上數(shù)百萬件產(chǎn)品的規(guī)模化效應(yīng)，成效將十分顯著
為推動產(chǎn)品輕量化設(shè)計與人工智能技術(shù)在工程設(shè)計、仿真與制造領(lǐng)域的深度融合，全國大學(xué)生先進成圖技術(shù)與產(chǎn)品信息建模創(chuàng)新大賽組委會聯(lián)合 澳汰爾工程軟件（上海）有限公司 Altair 舉辦“第五屆輕量化設(shè)計與AI 應(yīng)用教師培訓(xùn)及競賽”。
培訓(xùn)亮點
本次培訓(xùn)聚焦兩大前沿方向：
輕量化設(shè)計： 掌握 Altair Inspire
在一項聯(lián)合創(chuàng)新項目中，德國鐵路（Deutsche Bahn）、SLM Solutions公司聯(lián)合海克斯康對貨運列車鉸鏈的傳統(tǒng)設(shè)計進行了優(yōu)化，并借助增材制造技術(shù)實現(xiàn)了重新開發(fā)。得益于海克斯康旗下的MSC Apex仿真平臺生成式設(shè)計帶來的重量優(yōu)化成果，這些部件能夠通過3D打印實現(xiàn)更具成本效益的生產(chǎn)。
面臨挑戰(zhàn)
貨運列車等設(shè)備資產(chǎn)壽命長達數(shù)十年，導(dǎo)致備件難以長期儲備。設(shè)備故障時，備件采購成為運營商的嚴峻挑戰(zhàn)
<p class="ql-align-right"><strong>本文作者：Royston Jones</strong></p><p class="ql-align-right"><strong>Altair 產(chǎn)品設(shè)計首席技術(shù)官&汽車行業(yè)高級副總裁</strong></p><p><br></p><p>長期以來，汽車產(chǎn)品的設(shè)計與制造方式基本保持不變。這是一個緩慢、耗時的過程，以試錯法和物理原型為特征
摘 要：以某型內(nèi)燃機車司機室防撞柱為對象，使用仿真軟件HyperWorks建立有限元仿真模型，計算了防撞工況的應(yīng)力分布。并在此基礎(chǔ)上，分別使用尺寸優(yōu)化的方法、尺寸與形狀聯(lián)合優(yōu)化的方法，對模型進行優(yōu)化設(shè)計改進。聯(lián)合使用尺寸與形狀優(yōu)化可以較大程度地改善模型的應(yīng)力水平，并且質(zhì)量降低了20.7%，達到了輕量化的設(shè)計目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：防撞柱;有限元;輕量化;HyperWorks;
摘 要：以某款新能源汽車的鋼制車門為分析對象，借助HyperWorks有限元軟件，對車門進行靜力學(xué)和模態(tài)性能分析。以分析結(jié)果為參考，采用等質(zhì)量替換法，建立碳纖維復(fù)合材料車門的有限元模型。以復(fù)合材料車門質(zhì)量最小化為目標(biāo)函數(shù)，靜態(tài)性能為約束條件，進行了自由尺寸優(yōu)化、尺寸優(yōu)化、鋪層順序優(yōu)化。對優(yōu)化結(jié)果規(guī)整后進行性能驗證。結(jié)果表明，獲得的優(yōu)化方案在滿足性能要求的前提下，實現(xiàn)了車門減重48.3%，完成了車門的輕量化設(shè)計
摘 要：為達到汽車輪轂輕量化目的，在汽車輪轂的概念設(shè)計階段對汽車輪轂進行結(jié)構(gòu)尋優(yōu)。用拓撲優(yōu)化技術(shù)作為概念設(shè)計的方法，建立基于變密度拓撲優(yōu)化方法的汽車輪轂概念設(shè)計數(shù)學(xué)模型；利用ProE三維建模軟件建立某汽車輪轂的三維模型和概念幾何模型；使用Hypermesh前處理軟件建立某汽車輪轂的概念設(shè)計有限元模型，然后引用折中規(guī)劃法解決多工況問題，在Optistruct結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件中建立汽車輪轂的優(yōu)化模型和優(yōu)化參數(shù)
