某汽车扭力梁的实验分析及其结构优化

某汽车扭力梁的实验分析及其结构优化随着中国汽车产量的不断增加,能源短缺和环境污染已经成为中国汽车产业可持续发展的突出问题。轻型汽车成为当今节约型社会发展的需要。面对日益严峻的环境问题和能源短缺,轻量化是当前汽车领域一个十分迫切的问题。本文以某汽车扭力梁为研究对象,首先选取实验测试设备,了解实验测试工作原理，搭建实验平台，利用动态信号分析测试系统和模态测试软件LMS对扭力梁工作应力和自由模态分别进行实验测试,获取扭力梁在扭转工况下的应力以及自由状态下固有频率，借助有限元软件HyperWorks完成了扭力梁有限元模型的建立和仿真分析,通过与实验测试结果对比,验证了有限元模型搭建与数值仿真分析的正确性。基于正确的有限元模型,进行向前制动、向后制动、侧向左和单侧深坑工况下的约束及力的加载并进行分析,随后分析计算扭力梁优化前的扭转刚度。以此为基础,分析了部件厚度对扭力梁质量、扭转刚度、最大应力和一阶固有频率的影响,选取纵臂厚度、横梁厚度、弹簧座厚度和轮轴板厚度四个部件厚度参数为优化变量。采用正交试验优化方法,选用纵臂、横梁、弹簧座和轮轴板厚度为变量因素,以扭力梁质量、扭转刚度、最大应力和一阶固有频率为优化目标,对部件厚度组合进行分析,并将结果进行仿真分析。由结果得知,采用单一评价指标难以实现扭力梁工作性能指标;随后以其加权组合构建目标函数优化研究,优化结果表明采用扭力梁质量、扭转刚度、最大应力和一阶固有频率的组合加权目标函数进行部件厚度组合优化,能够获得较优的厚度组合,控制其指标在较好的范围,提高扭力梁结构优化效果。,借助软件Design-Expert建立部件厚度与四个评价目标之间的函数求解部件厚度最优组合,所以,在汽车零部件结构优化研究中应用比较广泛。采用BBD式验设计将部件厚度组合合理分布，利用响应面法分别建立了扭力梁质量、扭转刚度、典型工况下最大应力和一阶固有频率的二次多项式响应面模型,并对四个模型进行了优化。以四个响应面模型为目标函数,在相应约束范围内对扭力梁部件厚度组合进行优化,得到纵臂厚度4.5mm横梁厚度3.5mm,弹簧座厚度3.0mm,轮轴板厚度5.5mm,并对优化后扭力梁模型进行数值仿真分析,优化后扭力梁与优化前相比减重1.6Kg,达到了优化效果。