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利用OptiStruct进行汽车悬架系统轻量化设计并提高其耐久性

2015/11/17    来源:Altair        
关键字:OptiStruct  悬架系统  轻量化  
本文介绍了Gestamp公司通过制定一套HyperWorks系列中的自定义工具,消除了最初的“反复试错”的设计环节,从而缩短了产品的生产周期,同时生成具有竞争力的、低成本、低重量的后扭悬架梁。

项目介绍

    后扭转梁(RTB)悬架系统通常用于A、B和越来越多的C级车,其优点在于制造成本低,包装要求小,与汽车操控性能有良好的兼容性。

    除了需要满足一定的刚度和耐久性要求,当其弹性运动学特性也被纳入考虑范围时,RTB的设计就变得困难。目前,采用实验设计(DOE)和优化方法来探索可用的设计空间,同时减轻RTB的重量并降低设计成本是可行的方案。

    Gestamp公司是全球性的底盘零部件供应商,其客户包括福特、大众、宝马和本田。它在英国、西班牙和德国设有技术中心,不断扩大的全球业务促使其需要不断地开发低成本,高容量的底盘产品。基于对零部件的质量和成本(与质量密切相关)的考虑,Gestamp公司与其客户从2005年开始引入Altair公司的优化驱动设计理念。

    通过形状优化,形成了成本相对较低的“U”形设计,既满足RTB设计的刚性目标,又降低了反相滚动负载情况下关键焊缝的应力,从而提高了耐久性。

    如今,这个耐久性要求已被确定为这种类型RTB设计的主要指标之一。

挑战

    一个“U”形的RTB设计通常需要考虑几个相互关联的目标。限定主要结构部件形状的两个关键目标是侧倾刚度和侧倾转向。二者都受到扭转元件(RTB的横向构件)形状、位置、截面参数的影响。

解决方案

    Gestamp公司选择Altair开发的一套自定义工具,简称为“RTB工具箱”,它可以用来指导最初的RTB概念设计,使其一些参数符合运动学和法规(K&C)的要求,如侧倾刚度和侧倾转向,从而消除初始“反复试错”的设计循环。

    该软件使用高性能前处理器HyperMesh在RTB装配体的每个组件中创建外形设计变量,HyperStudy用于设置实验设计(DOE),通过DOE可以得到每一个设计变量对于响应的灵敏度,另外DOE可以为后续响应面的创建提供数据点,最终的优化设计将基于响应面进行。

    设计过程的下一阶段是建立从优化工具箱输出的CAD模型。这个模型满足耐久性要求和强度标准。经过多个客户项目验证,反相滚动耐用性负载显著影响结构质量。在实验中,相对的垂直位移被施加到一个RTB系统的车轮中心,以模拟车辆转弯的重复循环载荷。一般来说,侧倾刚度增加,疲劳性能降低。耐久性分析和先前实验所得的经验可以定义关键位置焊缝的应力极限(例如本例中加强件与扭转件之间)。这两个部件的关系对侧倾刚度和疲劳寿命有显著影响。加强筋的长度和扭转元件截面形状的组合形状优化可以得到一个最优解,从而在满足耐久性与刚度的条件下,最大限度地减轻质量。经过与多个类似产品的对比,表明OptiStruct是一个用于开发设计的强大工具。

图1 RTB工具箱界面

图1 RTB工具箱界面

图2 反向滚动疲劳应力云图

图2 反向滚动疲劳应力云图

责任编辑:吴星星
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