● 摘要
汽车车轮等旋转件轻量化的节能效果相当于非旋转件的1.5倍，车轮的轻量化设计是未来车轮的重要发展方向。本文提出了一种钢制车轮变截面轮辋的设计方法，基于Isight优化平台将优化理论和CAD建模、CAE分析集成，选择具有代表性的截面设计参数作为设计变量，在保证轮辋强度性能的基础上，以轮辋质量最轻为优化目标，实现了变截面轮辋设计方案的自动寻优过程，获得了良好的轻量化效果。 论文首先建立径向载荷工况下等截面轮辋的有限元模型，进行强度分析，获得轮辋的应力分布，并估算轮辋上应力危险点的疲劳寿命，与疲劳试验结果吻合，因此以等截面轮辋在径向载荷工况下的最大应力值作为变截面轮辋优化设计的约束条件；建立轮辋参数化模型，编程实现轮辋应力的自动计算，完成Isight和Solidworks、Abaqus的集成；分别采用多岛遗传算法和基于近似模型的全局优化策略进行优化，分析了不同优化策略对于优化目标的影响。基于近似模型的全局优化策略能够满足精度要求，减少实际仿真软件调用的次数，大幅提升分析任务的效率；本文所搭建的自动化参数优化设计平台可方便地用于其他结构的优化设计，例如采用试验设计方法对轮辐结构参数进行优化，在不增加轮辐厚度的情况下大大降低轮辐在弯曲载荷作用下的最大应力，明显提高轮辐在弯曲载荷工况下的疲劳寿命。