汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究

张帆

摘 要：现当代所使用的汽车，大部分进行部件主要支撑或者传力都是依靠驱动桥壳进行，因此汽车性能是否良好，在很大程度上都是与驱动桥可以有着直接关系的。因此如果仍然按照老旧的驱动桥壳设计进行研究，已经很难满足市场对于汽车性能的要求了，这就会导致在市场的竞争力下降。然而就提高汽车性能为主进行的驱动桥壳设计一定是要进行大量研究的，并通过各方面的优化来满足市场要求，本文就多目标优化为主进行更加深入的探讨，希望可以在当前市场需求有限的设计周期内，可以通过各方面的优化来达到提高驱动桥壳可靠性的作用。

关键词：驱动桥壳;设计问题;优化方案

0 引言

目前国内仍然采取传统的形式和科学技术来设计研究汽车驱动桥壳，然后在设计开发方面，由于没有形成科学合理的原则，因此在开发成本等各方面出现了诸多问题。其中尤其是开发成本过高和开发周期过程是最为致命的，过长的开发周期，首先是很难在短时间内满足市场大众的需求，其次是可能难以与科技日新月异发展的当代达成共鸣，因此就现代经济条件要求来说是不符合的。此外就实际的汽车桥壳结构设计情况来说，已经是很难通过经典力学来进行复杂汽车驱动桥壳的力学设计要求满足了。因此在设计优化汽车驱动桥壳的情况下，就需要清楚到底以什么为突破方向进行设计，而目前在市场较为热门的cae技术，很大程度上是可以与我国过去多年设计经验相结合进行产品设计的，不但对设计产品的质量导向有着重要意义，还可以将产品的整体情况进行估计，这对于产品开发和设计来说，是有重要的作用和意义的，可以使得无论是将汽车桥壳进行设计，还是真正的投入进行生产，都可以在一定的把握下进行。

1 以建模分析方式展开对汽车驱动桥壳的研究

有限元模型建设是进行汽车驱动桥壳研究的初步操作，因此在设计方面首先要通过模型建设来进行我国相关标准检验测试，其中尤其是疲劳实验，静强度等各方面的测试是极为重要的。因此在检测前首先要明确这一模型建设的重要意义，汽车驱动桥壳是汽车进行减速时的主减速器，差速器，尤其是主要起到传力和承载，因此一旦汽车桥壳出现问题，就直接影响到了汽车的使用，也就是说汽车桥壳的使用寿命与汽车的使用寿命是相挂钩的，因此需要进行密切的各类型检测。而在进一步优化设计方面，主要是要求桥壳的質量进行降低，并且通过动载荷的降低来提高使用者在进行汽车使用时的舒适性。本次建模方式是以局部到整体进行的，首先进行二维尺寸拉伸操作等方面的设计然后在细节处理结束之后，通过基准轴进行实体建模，其中最为重要的是危险截面，为了突出对这一部分的研究和认知，更多情况下是将非危险截面进行简化或者去非危险界面，进一步更高程度分析桥壳的实体单位的情况[1]。

2 汽车驱动桥壳的多目标优化

2.1 传统理念认知下的多目标优化改进方式

传统理念的改进和设计主要是三个层面上，第1个层面就是材料性能方面的改进，选取一些特殊的力学性能较好的材料进行实验;第2个层面是对整体的驱动桥和主体结构进行的改进，该层面是尽量的对主体结构进行优化;第3则是将驱动桥可在何位置进行变化，以希望通过这种变化来达到某种突破，而为了进一步使这种突破更为明显，第4个层面就是将以上3点中的两种或三种进行结合研究。

需要注意在设计过程中使用三种方式进行优化性能应该分析各自特点，首先是更换材料和大量实验材料的设计要求，虽然部分材料可能会提升驱动桥壳的整体性能，然而却很难保证经济成本不上升;那么如果要改变载荷的位置，那么需要对整个车的车架部分进行进一步的重新设计;当然主体结构改进较之来说没有较大的约束，而在提高驱动桥壳的诸多舒适性等方面有着重要的意义和作用，这是从传统理念上进行重新设计的主要研究方向，在经济性层面有着重要的意义和价值。而关于这方面的优化改革，主要还要注意燃油的经济性问题，并且就桥壳的厚度以及其他角度进行相应的优化，其目的是以强度为基础的情况下尽可能的使桥壳更薄，而要加大板簧座中心距离，通过这两种措施，尽可能使桥壳以重量减轻为目的，提高疲劳寿命。

2.2 基于拓扑优化理论所进行地力学性的优化

在当前阶段设计层面上，汽车桥壳设计师开始倾向于单层网壳结构，这种结构的应用主要是基于拓扑优化理论，这是网格结构的杆件形薄层桥壳，而通过一定的结构，使得这种薄层桥壳所受力度完全达到标准，相对来说又更加具有轻盈美观的外观特点，因此在力学理论满足之后可以达到工业化生产的要求。虽然目前主要是将单层网壳结构应用于建筑行业，然而在建筑方面所取得的优越性也进一步说明了学者们对这种形态的认可。

因此将这种薄层桥壳从理论和认识达到实际层面，一定需要通过最优力学性能优化目标的拓扑优化理论来帮助实现。其中最为主要的是借助这一理念来突破原有的传统设计，也就是针对于这一页薄层桥壳进行受力合理几何形态的分析和改进，其主要目的仍然是降低自重并提高使用的疲劳寿命。而本次研究中起到重要作用的拓扑优化应用目的是最佳传力路径的寻求，并由此而降低整个体系自重并使得受力合理。其中不得不注意的是，之所以要采取拓朴优化方式对薄层桥壳的设计进行最为优化的形态研究，是因为厚度过薄的单层网壳结构可能会在刚度和稳定性上出现较多的问题。因此使用拓朴理论进行分析和新型桥壳结构建设，在建设结束后，需要注意进一步的参数化建模，并通过多方面的理论进行力学性能的分析，尽可能地达到标准和要求。本次使用拓朴优化理论进行力学性能的研究时，主要步骤如下：通过设计多种复合结构要求的单层球网状桥壳结构，在多种载荷共同或单独作用情况下，进行柔度差异等各方面的比较，并选择其中最为合理的两种结构模型进行分析，并进一步进行改进。其中要注意新型单层球面折网壳在参数建模中所要进行的优化分析[2]。

3 结束语

本次在汽车驱动桥壳研究层面上，并不是采取单一方法和设计优化，而是在传统设计突破理念层面上提出四个方向，并通过其具体的要求情况分析优化方向的利弊问题，最终提出了结构层面上的优化和改进。并且本文而进一步的在理念创新层面上，以当前关注度较大的拓朴优化理论进行驱动桥壳的力学性能优化，并且给予了相关的理念分析和优化步骤。

参考文献：

[1]郑彬，张俊杰，李昭.汽车驱动桥壳静动态特性分析与多目标优化研究[J].机电工程，2020，37（07）：770-776.

[2]方习贵.汽车驱动桥桥壳的静动态特性分析与结构优化[J].企业技术开发，2019，38（03）：53-56.