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一种基于轻量化材料的汽车车轮集成多目标拓扑优化方法( An integrated multi-objective topology optimization method for automobile wheels made of lightweight materials )
Y Zhang Y Shan X Liu T He
轻量化材料汽车车轮发展中遇到的瓶颈之一是13度台架冲击试验。为了提高轻量化材料车轮的抗冲击性能，将多设计空间、多载荷工况下的拓扑优化模型与灰色关联分析(GRA)和主成分分析(PCA)相结合，同时引入多目标拓扑优化(MOTO)方法，得到车轮的最优拓扑布局。首先，基于变密度法建立了车轮的三维模型，并将其划分为三个设计空间和两个非设计空间。其次，确定了车轮在侧偏、径向和13度冲击载荷情况下的载荷参数，并建立了相应的有限元模型。对于13度冲击载荷情况，引入实时能量降低系数来补偿轮胎缺失，从而确定撞击器单独作用在车轮上的动载荷。然后，通过加权和柔度法将整个碰撞仿真过程中提取的一系列力数据等效为一个适合车轮静力的集中载荷。再次，引入GRA和PCA相结合的方法确定各子目标的权重系数(WC)。接下来实现了车轮的MOTO，分析了不同约束条件对车轮拓扑布局的影响。最后，对不同拓扑结构的车轮进行了模态分析和13度碰撞仿真，以验证其性能。结果表明，优化后的车轮固有频率满足要求，获得了多种抗冲击性能提高的车轮拓扑结构，为实际工程中车轮的开发提供了有价值的指导。
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