【摘 要】
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汽车轻量化是实现节能减排的有效途径,悬架控制臂作为汽车的簧下质量,对其进行轻量化设计能够提升汽车燃油经济性和操纵稳定性,促进节能减排。碳纤维复合材料作为具有质量轻、强度高以及良好可设计性特点的轻量化材料,可以用于悬架控制臂轻量化设计。本文将碳纤维复合材料应用于悬架控制臂,并应用多尺度方法与网格变形技术,从材料与结构角度研究碳纤维复合材料悬架控制臂的轻量化设计方法,以提高控制臂轻量化水平。首先,在碳
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汽车轻量化是实现节能减排的有效途径,悬架控制臂作为汽车的簧下质量,对其进行轻量化设计能够提升汽车燃油经济性和操纵稳定性,促进节能减排。碳纤维复合材料作为具有质量轻、强度高以及良好可设计性特点的轻量化材料,可以用于悬架控制臂轻量化设计。本文将碳纤维复合材料应用于悬架控制臂,并应用多尺度方法与网格变形技术,从材料与结构角度研究碳纤维复合材料悬架控制臂的轻量化设计方法,以提高控制臂轻量化水平。首先,在碳纤维复合材料多尺度理论基础之上,建立碳纤维复合材料细观代表性体积单元（Representation Volume Element,RVE）,并对其施加周期性边界条件,预测得到碳纤维复合材料的基本力学性能参数,将预测所得的力学性能参数与基本力学性能试验测得的参数进行对比,验证RVE模型的准确性。其次,利用有限元软件对悬架控制臂三维模型进行有限元建模,并计算质量、刚度、强度和模态等性能指标。对钢制控制臂基于等刚度原理进行材料替换,确定碳纤维复合材料控制臂的初始厚度。基于复合材料铺层设计原则,对替换材料后的CFRP控制臂进行多层次优化,得到最优铺层方案。最后,在RVE细观模型预测的力学性能参数及多层次优化分析结果的基础之上,通过引入近似模型技术提高优化效率,利用NSGA-II优化算法以CFRP控制臂质量最小、一阶模态频率最大为优化目标,将控制臂纵向刚度、横向刚度及最高车速工况下控制臂最大应力定义为约束条件,对CFRP控制臂结构尺寸参数以及材料细观参数进行多目标优化,得到Pareto解集,采用熵权TOPSIS方法,从中选取最优解,从而实现CFRP控制臂结构-材料一体化设计。
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