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汽車拱形連接組件的輕量化設(shè)計

為了減輕汽車質(zhì)量，汽車廠商已將鋁合金材料I型梁應(yīng)用于汽車的底盤構(gòu)造，而不是傳統(tǒng)的鋼質(zhì)圓梁。大眾公司在途觀SUV上已應(yīng)用鋁合金材料連接件（圖1）以減輕質(zhì)量，采用的就是用I型梁替代傳統(tǒng)的中空鋼結(jié)構(gòu)梁。在研究中，為了設(shè)計結(jié)構(gòu)更輕、剛度更大的底盤部件，將鋁合金材料和鋼鐵材料的底盤部件進行對比，提出了一種新的弧形連接件結(jié)構(gòu)，即在I型梁的基礎(chǔ)上增加縱肋，進行試驗參數(shù)設(shè)計，比較兩者在可靠性和部件質(zhì)量上的差異。提出采用新的部件生產(chǎn)工藝即液態(tài)金屬鍛造工藝，該工藝能夠減少縮孔、氣泡和鑄件氣孔，與低壓模鑄相比，生產(chǎn)部件具備更強的機械特性。

底盤連接件要求能夠承受6向載荷，并在其整個生命周期內(nèi)保持承載能力。但是，I型梁在承受各項應(yīng)力時可能存在缺陷。為克服缺陷，在I型梁基礎(chǔ)上增加縱肋，以提高其承載能力和強度。采用CAE進行仿真時，以質(zhì)輕和結(jié)構(gòu)剛度2個指標(biāo)為設(shè)計標(biāo)準，設(shè)置9個設(shè)計參數(shù)。對9個設(shè)計參數(shù)和2個指標(biāo)采用完全析因設(shè)計，借助有限元分析軟件，對影響結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、最大von-Mises應(yīng)力和剛度進行分析。通過偏差分析，確定了在連接件設(shè)計時，影響剛度和質(zhì)量指標(biāo)最重要的3個參數(shù)，即連接件的壁厚、縱肋剛度和縱肋數(shù)量。

對弧形連接件應(yīng)用有限元軟件進行了優(yōu)化設(shè)計，以期獲得將鋁合金應(yīng)用于SUV后部底盤連接件，以及滿足穩(wěn)定性和輕質(zhì)化需求的結(jié)構(gòu)。獲得的鋁連接件質(zhì)量是最初鋼連接件質(zhì)量的59%。而經(jīng)優(yōu)化的鋁質(zhì)弧形連接件的剛度在全負荷下要高于鋼質(zhì)連接件。

刊名：International Journal of Precision Engineering and Manufacturing（英）

刊期：2013年第8期

作者：Jun-Hyub Park et al

編譯：李天齊