張帆

摘 要：現(xiàn)當(dāng)代所使用的汽車(chē)，大部分進(jìn)行部件主要支撐或者傳力都是依靠驅(qū)動(dòng)橋殼進(jìn)行，因此汽車(chē)性能是否良好，在很大程度上都是與驅(qū)動(dòng)橋可以有著直接關(guān)系的。因此如果仍然按照老舊的驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，已經(jīng)很難滿足市場(chǎng)對(duì)于汽車(chē)性能的要求了，這就會(huì)導(dǎo)致在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力下降。然而就提高汽車(chē)性能為主進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)橋殼設(shè)計(jì)一定是要進(jìn)行大量研究的，并通過(guò)各方面的優(yōu)化來(lái)滿足市場(chǎng)要求，本文就多目標(biāo)優(yōu)化為主進(jìn)行更加深入的探討，希望可以在當(dāng)前市場(chǎng)需求有限的設(shè)計(jì)周期內(nèi)，可以通過(guò)各方面的優(yōu)化來(lái)達(dá)到提高驅(qū)動(dòng)橋殼可靠性的作用。

關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)橋殼;設(shè)計(jì)問(wèn)題;優(yōu)化方案

0 引言

目前國(guó)內(nèi)仍然采取傳統(tǒng)的形式和科學(xué)技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)研究汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼，然后在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方面，由于沒(méi)有形成科學(xué)合理的原則，因此在開(kāi)發(fā)成本等各方面出現(xiàn)了諸多問(wèn)題。其中尤其是開(kāi)發(fā)成本過(guò)高和開(kāi)發(fā)周期過(guò)程是最為致命的，過(guò)長(zhǎng)的開(kāi)發(fā)周期，首先是很難在短時(shí)間內(nèi)滿足市場(chǎng)大眾的需求，其次是可能難以與科技日新月異發(fā)展的當(dāng)代達(dá)成共鳴，因此就現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)條件要求來(lái)說(shuō)是不符合的。此外就實(shí)際的汽車(chē)橋殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況來(lái)說(shuō)，已經(jīng)是很難通過(guò)經(jīng)典力學(xué)來(lái)進(jìn)行復(fù)雜汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的力學(xué)設(shè)計(jì)要求滿足了。因此在設(shè)計(jì)優(yōu)化汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的情況下，就需要清楚到底以什么為突破方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，而目前在市場(chǎng)較為熱門(mén)的cae技術(shù)，很大程度上是可以與我國(guó)過(guò)去多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的，不但對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的質(zhì)量導(dǎo)向有著重要意義，還可以將產(chǎn)品的整體情況進(jìn)行估計(jì)，這對(duì)于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是有重要的作用和意義的，可以使得無(wú)論是將汽車(chē)橋殼進(jìn)行設(shè)計(jì)，還是真正的投入進(jìn)行生產(chǎn)，都可以在一定的把握下進(jìn)行。

1 以建模分析方式展開(kāi)對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的研究

有限元模型建設(shè)是進(jìn)行汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼研究的初步操作，因此在設(shè)計(jì)方面首先要通過(guò)模型建設(shè)來(lái)進(jìn)行我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)測(cè)試，其中尤其是疲勞實(shí)驗(yàn)，靜強(qiáng)度等各方面的測(cè)試是極為重要的。因此在檢測(cè)前首先要明確這一模型建設(shè)的重要意義，汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼是汽車(chē)進(jìn)行減速時(shí)的主減速器，差速器，尤其是主要起到傳力和承載，因此一旦汽車(chē)橋殼出現(xiàn)問(wèn)題，就直接影響到了汽車(chē)的使用，也就是說(shuō)汽車(chē)橋殼的使用壽命與汽車(chē)的使用壽命是相掛鉤的，因此需要進(jìn)行密切的各類(lèi)型檢測(cè)。而在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方面，主要是要求橋殼的質(zhì)量進(jìn)行降低，并且通過(guò)動(dòng)載荷的降低來(lái)提高使用者在進(jìn)行汽車(chē)使用時(shí)的舒適性。本次建模方式是以局部到整體進(jìn)行的，首先進(jìn)行二維尺寸拉伸操作等方面的設(shè)計(jì)然后在細(xì)節(jié)處理結(jié)束之后，通過(guò)基準(zhǔn)軸進(jìn)行實(shí)體建模，其中最為重要的是危險(xiǎn)截面，為了突出對(duì)這一部分的研究和認(rèn)知，更多情況下是將非危險(xiǎn)截面進(jìn)行簡(jiǎn)化或者去非危險(xiǎn)界面，進(jìn)一步更高程度分析橋殼的實(shí)體單位的情況[1]。

2 汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼的多目標(biāo)優(yōu)化

2.1 傳統(tǒng)理念認(rèn)知下的多目標(biāo)優(yōu)化改進(jìn)方式

傳統(tǒng)理念的改進(jìn)和設(shè)計(jì)主要是三個(gè)層面上，第1個(gè)層面就是材料性能方面的改進(jìn)，選取一些特殊的力學(xué)性能較好的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn);第2個(gè)層面是對(duì)整體的驅(qū)動(dòng)橋和主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行的改進(jìn)，該層面是盡量的對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化;第3則是將驅(qū)動(dòng)橋可在何位置進(jìn)行變化，以希望通過(guò)這種變化來(lái)達(dá)到某種突破，而為了進(jìn)一步使這種突破更為明顯，第4個(gè)層面就是將以上3點(diǎn)中的兩種或三種進(jìn)行結(jié)合研究。

需要注意在設(shè)計(jì)過(guò)程中使用三種方式進(jìn)行優(yōu)化性能應(yīng)該分析各自特點(diǎn)，首先是更換材料和大量實(shí)驗(yàn)材料的設(shè)計(jì)要求，雖然部分材料可能會(huì)提升驅(qū)動(dòng)橋殼的整體性能，然而卻很難保證經(jīng)濟(jì)成本不上升;那么如果要改變載荷的位置，那么需要對(duì)整個(gè)車(chē)的車(chē)架部分進(jìn)行進(jìn)一步的重新設(shè)計(jì);當(dāng)然主體結(jié)構(gòu)改進(jìn)較之來(lái)說(shuō)沒(méi)有較大的約束，而在提高驅(qū)動(dòng)橋殼的諸多舒適性等方面有著重要的意義和作用，這是從傳統(tǒng)理念上進(jìn)行重新設(shè)計(jì)的主要研究方向，在經(jīng)濟(jì)性層面有著重要的意義和價(jià)值。而關(guān)于這方面的優(yōu)化改革，主要還要注意燃油的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，并且就橋殼的厚度以及其他角度進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化，其目的是以強(qiáng)度為基礎(chǔ)的情況下盡可能的使橋殼更薄，而要加大板簧座中心距離，通過(guò)這兩種措施，盡可能使橋殼以重量減輕為目的，提高疲勞壽命。

2.2 基于拓?fù)鋬?yōu)化理論所進(jìn)行地力學(xué)性的優(yōu)化

在當(dāng)前階段設(shè)計(jì)層面上，汽車(chē)橋殼設(shè)計(jì)師開(kāi)始傾向于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的應(yīng)用主要是基于拓?fù)鋬?yōu)化理論，這是網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的桿件形薄層橋殼，而通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)，使得這種薄層橋殼所受力度完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)來(lái)說(shuō)又更加具有輕盈美觀的外觀特點(diǎn)，因此在力學(xué)理論滿足之后可以達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。雖然目前主要是將單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于建筑行業(yè)，然而在建筑方面所取得的優(yōu)越性也進(jìn)一步說(shuō)明了學(xué)者們對(duì)這種形態(tài)的認(rèn)可。

因此將這種薄層橋殼從理論和認(rèn)識(shí)達(dá)到實(shí)際層面，一定需要通過(guò)最優(yōu)力學(xué)性能優(yōu)化目標(biāo)的拓?fù)鋬?yōu)化理論來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)。其中最為主要的是借助這一理念來(lái)突破原有的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，也就是針對(duì)于這一頁(yè)薄層橋殼進(jìn)行受力合理幾何形態(tài)的分析和改進(jìn)，其主要目的仍然是降低自重并提高使用的疲勞壽命。而本次研究中起到重要作用的拓?fù)鋬?yōu)化應(yīng)用目的是最佳傳力路徑的尋求，并由此而降低整個(gè)體系自重并使得受力合理。其中不得不注意的是，之所以要采取拓樸優(yōu)化方式對(duì)薄層橋殼的設(shè)計(jì)進(jìn)行最為優(yōu)化的形態(tài)研究，是因?yàn)楹穸冗^(guò)薄的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可能會(huì)在剛度和穩(wěn)定性上出現(xiàn)較多的問(wèn)題。因此使用拓樸理論進(jìn)行分析和新型橋殼結(jié)構(gòu)建設(shè)，在建設(shè)結(jié)束后，需要注意進(jìn)一步的參數(shù)化建模，并通過(guò)多方面的理論進(jìn)行力學(xué)性能的分析，盡可能地達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)和要求。本次使用拓樸優(yōu)化理論進(jìn)行力學(xué)性能的研究時(shí)，主要步驟如下：通過(guò)設(shè)計(jì)多種復(fù)合結(jié)構(gòu)要求的單層球網(wǎng)狀橋殼結(jié)構(gòu)，在多種載荷共同或單獨(dú)作用情況下，進(jìn)行柔度差異等各方面的比較，并選擇其中最為合理的兩種結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，并進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。其中要注意新型單層球面折網(wǎng)殼在參數(shù)建模中所要進(jìn)行的優(yōu)化分析[2]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本次在汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼研究層面上，并不是采取單一方法和設(shè)計(jì)優(yōu)化，而是在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)突破理念層面上提出四個(gè)方向，并通過(guò)其具體的要求情況分析優(yōu)化方向的利弊問(wèn)題，最終提出了結(jié)構(gòu)層面上的優(yōu)化和改進(jìn)。并且本文而進(jìn)一步的在理念創(chuàng)新層面上，以當(dāng)前關(guān)注度較大的拓樸優(yōu)化理論進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋殼的力學(xué)性能優(yōu)化，并且給予了相關(guān)的理念分析和優(yōu)化步驟。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭彬，張俊杰，李昭.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼靜動(dòng)態(tài)特性分析與多目標(biāo)優(yōu)化研究[J].機(jī)電工程，2020，37（07）：770-776.

[2]方習(xí)貴.汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋橋殼的靜動(dòng)態(tài)特性分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2019，38（03）：53-56.