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数值汽车座椅轻量化结构设计与成形工艺优化

收藏本文 2024-02-06 点赞:24782 浏览:110046 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:随着汽车总保有量的不断增加,汽车与能源、环保之间的矛盾已成为制约汽车产业可持续进展的突出不足。面对低碳时代的到来和节能减排的巨大压力,汽车轻量化是解决这一不足最有效、最现实的途径之一。以而推动了新材料新工艺在汽车工业中的运用和进展。其中,尤为引人注目的是铝合金在汽车轻量化中的运用和进展。本论文以座椅骨架材质轻量化、结构优化设计及成形工艺浅析等方面入手对汽车座椅进行了轻量化设计探讨。文中分别对钢制汽车座椅及新型铝合金座椅进行了有限元仿真浅析以明确采取铝合金替代钢制材料的可行性,并在浅析结果的基础上进行了结构优化设计,同时对铝合金座椅靠背铸造工艺进行了有限元仿真优化设计。其主要内容如下:首先,在阅读大量文献及深入调研的基础上,介绍了汽车轻量化及其实现途径,汽车座椅轻量化设计策略及进展走势,并对低压铸造在汽车轻量化中的运用进行了简述。同时根据实验室的条件,选择Hyperworks作为座椅静强度模拟浅析软件,Procast作为座椅靠背骨架铸造成形工艺仿真软件,对软件的功能进行消化和吸收,掌握了建立座椅骨架有限元模型、浅析座椅总成静强度和探讨铝合金座椅骨架低压铸造工艺优化的一般策略。其次,根据国标相关规定,对原钢制座椅骨架进行有限元静强度浅析,并在浅析结果的基础上针对原始结构的不足进行了结构改善,明确了采取椭圆形管制截面靠背可提升座椅靠背强度的设计案例。对铝合金座椅骨架进行了结构设计和有限元浅析,并在浅析结果的基础上对座椅靠背进行了拓扑优化。探讨结果表明:铝合金座椅比钢制座椅重量减轻了46.6%,且静强度更高。最后,对铝合金座椅靠背骨架的低压铸造成形工艺进行了初步计算,并借助计算机仿真技术结合正交试验策略对成形工艺进行优化,探讨了成形压力因素,浇注温度,模具预热温度,开模温度对铸件成形质量的影响,最终确定了最优的工艺案例。本论文旨在通过以上探讨为实现汽车座椅轻量化提供有益参考。关键词:轻量化论文铝合金论文低压铸造论文数值模拟论文汽车座椅论文

    摘要5-6

    Abstract6-8

    致谢8-15

    第一章 绪论15-24

    1.1 引言15-16

    1.2 汽车轻量化技术概述16-19

    1.2.1 汽车轻量化概念16

    1.2.2 轻量化技术的实现16-17

    1.2.3 铝合金在汽车轻量化进展中的运用17-19

    1.3 汽车座椅轻量化设计策略及进展走势19-21

    1.3.1 轧制型材钢管座椅骨架20

    1.3.2 铝合金座椅骨架20-21

    1.4 低压铸造成形在汽车轻量化中的运用21-22

    1.4.1 低压铸造的优越性21

    1.4.2 大型铝合金薄壁件低压铸造进展概况21-22

    1.4.3 低压铸造数值模拟22

    1.5 主要内容及作用22-24

    1.5.1 探讨的主要内容22-23

    1.5.2 探讨的主要作用23-24

    第二章 新型铝合金座椅骨架结构设计24-33

    2.1 引言24

    2.2 原钢制座椅浅析24-26

    2.2.1 外观及成形工艺浅析24-25

    2.2.2 靠背圆钢管强度校核浅析25-26

    2.3 铝合金座椅骨架设计案例26-30

    2.3.1 靠背的结构设计27-28

    2.3.2 边板的结构设计28-29

    2.3.3 椅架的结构设计29-30

    2.4 座椅总成的虚拟装配30-32

    2.5 本章小结32-33

    第三章 汽车座椅骨架有限元浅析33-51

    3.1 客车座椅系统静强度国标要求33-34

    3.1.1 汽车座椅静强度概述33

    3.1.2 我国客车座椅静强度国标要点33-34

    3.2 座椅结构有限元模型的建立34-38

    3.2.1 几何模型的建立34

    3.2.2 单元选取与利用34-35

    3.2.3 连接联系的简化35-36

    3.2.4 边界条件与加载方式36-38

    3.3 座椅总成静强度有限元浅析38-41

    3.3.1 钢制座椅静强度浅析38-40

    3.3.2 铝合金座椅静强度浅析40-41

    3.4 座椅总成模态浅析41-43

    3.5 钢制座椅靠背管形结构优化43-46

    3.5.1 设计论述依据43-45

    3.5.2 钢制靠背加载条件下的优化结构比较仿真浅析45-46

    3.6 铝合金座椅靠背拓扑优化设计46-50

    3.6.1 拓扑优化有限元模型的建立46-48

    3.6.2 拓扑优化结果及浅析48-49

    3.6.3 铝合金靠背加载条件下的优化结构比较仿真浅析49-50

    3.7 本章小结50-51

    第四章 铝合金座椅骨架铸造工艺设计51-57

    4.1 铝合金汽车座椅靠背骨架结构51-52

    4.2 浇注系统设计52-54

    4.2.1 浇注系统尺寸的确定52-53

    4.2.2 浇注位置的确定53-54

    4.3 工艺参数的初步确定54-56

    4.3.1 模具厚度的确定54

    4.3.2 模具预热温度的确定54-55

    4.3.3 浇注温度的确定55

    4.3.4 充型压力的确定55

    4.3.5 充型速度的确定55-56

    4.3.6 结壳时间56

    4.3.7 增压压力的确定56

    4.3.8 保压时间56

    4.3.9 卸压延时冷却56

    4.4 本章小结56-57

    第五章 座椅骨架成形工艺数值模拟57-72

    5.1 有限元模型前处理57-60

    5.1.1 铸件 3D 模型及几何简化57-58

    5.1.2 网格划分58

    5.1.3 有关参数的设置58-60

    5.2 低压成形压力因素模拟60-64

    5.2.1 模拟试验案例60-61

    5.2.2 模拟结果及浅析61-64

    5.3 低压铸造工艺参数优化64-67

    5.3.1 工艺参数的确定64

    5.3.2 模拟试验案例64

    5.3.3 模拟结果及浅析64-67

    5.4 低压铸造残余应力探讨67-71

    5.4.1 试验案例及历程67-68

    5.4.2 模拟结果及浅析68-71

    5.5 本章小结71-72

    第六章 全文总结72-74

    6.1 探讨工作内容概要72

    6.2 主要探讨结论72-73

    6.3 本论新之处73

    6.4 今后工作展望73-74

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