【摘 要】
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由于我国汽车产业的飞速发展,污染问题也越来越严重,带来逐渐严峻的环境和能源问题。研究表明,轿车每减少重量10%,那么油耗量可减少8%-10%,汽车轻量化成为汽车产业发展的重要
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由于我国汽车产业的飞速发展,污染问题也越来越严重,带来逐渐严峻的环境和能源问题。研究表明,轿车每减少重量10%,那么油耗量可减少8%-10%,汽车轻量化成为汽车产业发展的重要方向之一。精密铸造铝合金产品由于其“大”、“薄”、“精”的特点,逐渐成为零部件发展的趋势。本文针对车身重要部件-保险杠,从逆向建模、性能分析、产品设计、结构优化以及浇注模拟等方面来进行铸铝保险杠代替原车身钢制保险杠的研究。本文将实车上的保险杠拆下做3D扫描,建立三维模型与有限元模型,并进行性能分析,以此为基础对再设计的铸铝保险杠进行结构优化,最后对铸铝保险杠进行浇注系统设计,模拟浇注过程,分析产品状态。主要内容如下:首先,通过三维扫描逆向建模建立保险杠三维模型,建立了摆锤对保险杠低速碰撞有限元模型,并通过试验来验证了保险杠模型的准确性,对保险杠在4km/h正面碰撞和2.5km/h偏置碰撞中的响应特性进行了分析,评价原保险杠碰撞性能。其次,基于铸件设计准则,对铸铝保险杠进行再设计。一方面通过对保险杠前梁的三点约束工况进行拓扑优化,对前梁进行设计。另一方面通过比较不同方案,选取吸能特性最优的结构作为铸铝保险杠的吸能盒。最终建立新的铸铝保险杠结构。以原保险杠的性能为目标,令新的铸铝保险杠的三组不同部位的厚度作为优化变量,利用中心复合试验设计建立响应面模型,并分析了各个变量对响应的影响,选取最优的方案,与钢制保险杠对比,达到轻量化的效果。最后,设计了浇注系统的形式并通过计算确定了浇道尺寸,对所设计的浇注系统进行数值模拟仿真,分析铸件的状态变化,预测铸件的缩松,确保铸件质量。结果表明,所设计的铸铝保险杠不但性能相较于原保险杠有所提升,同时还减重35%,轻量化效果显著。
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