汽車驅動橋殼靜動態特性分析與多目標優化研究

張帆

摘 要：現當代所使用的汽車，大部分進行部件主要支撐或者傳力都是依靠驅動橋殼進行，因此汽車性能是否良好，在很大程度上都是與驅動橋可以有著直接關系的。因此如果仍然按照老舊的驅動橋殼設計進行研究，已經很難滿足市場對于汽車性能的要求了，這就會導致在市場的競爭力下降。然而就提高汽車性能為主進行的驅動橋殼設計一定是要進行大量研究的，并通過各方面的優化來滿足市場要求，本文就多目標優化為主進行更加深入的探討，希望可以在當前市場需求有限的設計周期內，可以通過各方面的優化來達到提高驅動橋殼可靠性的作用。

關鍵詞：驅動橋殼;設計問題;優化方案

0 引言

目前國內仍然采取傳統的形式和科學技術來設計研究汽車驅動橋殼，然后在設計開發方面，由于沒有形成科學合理的原則，因此在開發成本等各方面出現了諸多問題。其中尤其是開發成本過高和開發周期過程是最為致命的，過長的開發周期，首先是很難在短時間內滿足市場大眾的需求，其次是可能難以與科技日新月異發展的當代達成共鳴，因此就現代經濟條件要求來說是不符合的。此外就實際的汽車橋殼結構設計情況來說，已經是很難通過經典力學來進行復雜汽車驅動橋殼的力學設計要求滿足了。因此在設計優化汽車驅動橋殼的情況下，就需要清楚到底以什么為突破方向進行設計，而目前在市場較為熱門的cae技術，很大程度上是可以與我國過去多年設計經驗相結合進行產品設計的，不但對設計產品的質量導向有著重要意義，還可以將產品的整體情況進行估計，這對于產品開發和設計來說，是有重要的作用和意義的，可以使得無論是將汽車橋殼進行設計，還是真正的投入進行生產，都可以在一定的把握下進行。

1 以建模分析方式展開對汽車驅動橋殼的研究

有限元模型建設是進行汽車驅動橋殼研究的初步操作，因此在設計方面首先要通過模型建設來進行我國相關標準檢驗測試，其中尤其是疲勞實驗，靜強度等各方面的測試是極為重要的。因此在檢測前首先要明確這一模型建設的重要意義，汽車驅動橋殼是汽車進行減速時的主減速器，差速器，尤其是主要起到傳力和承載，因此一旦汽車橋殼出現問題，就直接影響到了汽車的使用，也就是說汽車橋殼的使用壽命與汽車的使用壽命是相掛鉤的，因此需要進行密切的各類型檢測。而在進一步優化設計方面，主要是要求橋殼的質量進行降低，并且通過動載荷的降低來提高使用者在進行汽車使用時的舒適性。本次建模方式是以局部到整體進行的，首先進行二維尺寸拉伸操作等方面的設計然后在細節處理結束之后，通過基準軸進行實體建模，其中最為重要的是危險截面，為了突出對這一部分的研究和認知，更多情況下是將非危險截面進行簡化或者去非危險界面，進一步更高程度分析橋殼的實體單位的情況[1]。

2 汽車驅動橋殼的多目標優化

2.1 傳統理念認知下的多目標優化改進方式

傳統理念的改進和設計主要是三個層面上，第1個層面就是材料性能方面的改進，選取一些特殊的力學性能較好的材料進行實驗;第2個層面是對整體的驅動橋和主體結構進行的改進，該層面是盡量的對主體結構進行優化;第3則是將驅動橋可在何位置進行變化，以希望通過這種變化來達到某種突破，而為了進一步使這種突破更為明顯，第4個層面就是將以上3點中的兩種或三種進行結合研究。

需要注意在設計過程中使用三種方式進行優化性能應該分析各自特點，首先是更換材料和大量實驗材料的設計要求，雖然部分材料可能會提升驅動橋殼的整體性能，然而卻很難保證經濟成本不上升;那么如果要改變載荷的位置，那么需要對整個車的車架部分進行進一步的重新設計;當然主體結構改進較之來說沒有較大的約束，而在提高驅動橋殼的諸多舒適性等方面有著重要的意義和作用，這是從傳統理念上進行重新設計的主要研究方向，在經濟性層面有著重要的意義和價值。而關于這方面的優化改革，主要還要注意燃油的經濟性問題，并且就橋殼的厚度以及其他角度進行相應的優化，其目的是以強度為基礎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 基于拓撲優化理論所進行地力學性的優化

在當前階段設計層面上，汽車橋殼設計師開始傾向于單層網殼結構，這種結構的應用主要是基于拓撲優化理論，這是網格結構的桿件形薄層橋殼，而通過一定的結構，使得這種薄層橋殼所受力度完全達到標準，相對來說又更加具有輕盈美觀的外觀特點，因此在力學理論滿足之后可以達到工業化生產的要求。雖然目前主要是將單層網殼結構應用于建筑行業，然而在建筑方面所取得的優越性也進一步說明了學者們對這種形態的認可。

因此將這種薄層橋殼從理論和認識達到實際層面，一定需要通過最優力學性能優化目標的拓撲優化理論來幫助實現。其中最為主要的是借助這一理念來突破原有的傳統設計，也就是針對于這一頁薄層橋殼進行受力合理幾何形態的分析和改進，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撲優化應用目的是最佳傳力路徑的尋求，并由此而降低整個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化方式對薄層橋殼的設計進行最為優化的形態研究，是因為厚度過薄的單層網殼結構可能會在剛度和穩定性上出現較多的問題。因此使用拓樸理論進行分析和新型橋殼結構建設，在建設結束后，需要注意進一步的參數化建模，并通過多方面的理論進行力學性能的分析，盡可能地達到標準和要求。本次使用拓樸優化理論進行力學性能的研究時，主要步驟如下：通過設計多種復合結構要求的單層球網狀橋殼結構，在多種載荷共同或單獨作用情況下，進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構模型進行分析，并進一步進行改進。其中要注意新型單層球面折網殼在參數建模中所要進行的優化分析[2]。

3 結束語

本次在汽車驅動橋殼研究層面上，并不是采取單一方法和設計優化，而是在傳統設計突破理念層面上提出四個方向，并通過其具體的要求情況分析優化方向的利弊問題，最終提出了結構層面上的優化和改進。并且本文而進一步的在理念創新層面上，以當前關注度較大的拓樸優化理論進行驅動橋殼的力學性能優化，并且給予了相關的理念分析和優化步驟。

參考文獻：

[1]鄭彬，張俊杰，李昭.汽車驅動橋殼靜動態特性分析與多目標優化研究[J].機電工程，2020，37（07）：770-776.

[2]方習貴.汽車驅動橋橋殼的靜動態特性分析與結構優化[J].企業技術開發，2019，38（03）：53-56.