汽車差速器殼體輕量化設(shè)計(jì)的拓?fù)鋬?yōu)化與疲勞分析

資源節(jié)約和環(huán)境友好是21世紀(jì)世界各國汽車工業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。經(jīng)驗(yàn)證如果整車質(zhì)量減輕10%，燃油消耗率可以提高6%～8%。對于傳統(tǒng)動(dòng)力和混合動(dòng)力汽車來說輕量化設(shè)計(jì)對于降低油耗和環(huán)境友好至關(guān)重要，并且不能以犧牲汽車耐久性為代價(jià)。本文主要是介紹應(yīng)用于輕質(zhì)量和確保產(chǎn)品壽命的車輛差速器殼體的設(shè)計(jì)方法。

本文的重點(diǎn)包括兩個(gè)方面：1.對汽車差速器殼體進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化和疲勞分析。采用有限元法（FEA）模擬差速器殼體受約束的應(yīng)力，采用拓?fù)鋬?yōu)化的方法設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的外形，降低質(zhì)量，通過優(yōu)化技術(shù)發(fā)現(xiàn)差速器殼體應(yīng)力較小區(qū)域，減小該區(qū)域質(zhì)量。采用帶懲罰的變密度法（SIMP）選擇汽車差速器殼體優(yōu)化參數(shù)（設(shè)計(jì)變量、響應(yīng)、目標(biāo)函數(shù)和約束）以達(dá)到輕量化設(shè)計(jì)的目的。優(yōu)化結(jié)果表明，帶懲罰的變密度法（SIMP）可以實(shí)現(xiàn)汽車差速器殼體質(zhì)量減輕25%。

2.在設(shè)計(jì)階段采用疲勞分析來預(yù)測部件的使用壽命，分析比較了拓?fù)鋬?yōu)化得到的兩種輕量化構(gòu)件的疲勞壽命和損傷情況，應(yīng)力值高時(shí)壽命相對較低。比較了兩種不同應(yīng)力范圍內(nèi)的疲勞壽命，得出了在最小應(yīng)力范圍內(nèi)的最佳設(shè)計(jì)壽命隨最大應(yīng)力的增大而增大的結(jié)論。預(yù)期的研究方法將有助于降低質(zhì)量和延長產(chǎn)品壽命。

刊名：SAE（英）

刊期：2017年第1期

作者：Waqas Shaikh

編譯：陳若龍