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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:王禹琪,刘昕晖,陈晋市,韩亚方,孟浩然,肖楠.钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化[J].哈尔滨工业大学学报,2020,52(7):170.DOI:10.11918/201909211
WANG Yuqi,LIU Xinhui,CHEN Jinshi,HAN Yafang,MENG Haoran,XIAO Nan.Lightweight design and multi-objective optimization of steel assembled wheel[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2020,52(7):170.DOI:10.11918/201909211
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钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化
王禹琪1,2,刘昕晖1,2,陈晋市1,2,韩亚方1,2,孟浩然1,2,肖楠3
(1.吉林大学 机械与航空航天工程学院,长春 130025;2.吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室,长春 130025; 3.吉林省立新汽车配件有限公司,长春 130012)
摘要:
设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.
关键词:  异种钢材组装式车轮  轻量化  参数化模型  Kriging近似模型  多目标优化
DOI:10.11918/201909211
分类号:U463.34
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(51705189)
Lightweight design and multi-objective optimization of steel assembled wheel
WANG Yuqi1,2,LIU Xinhui1,2,CHEN Jinshi1,2,HAN Yafang1,2,MENG Haoran1,2,XIAO Nan3
(1. School of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China;2. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control , Jilin University, Changchun 130025, China; 3. Jilin Lixin Auto Parts Co. LTD, Changchun 130012, China)
Abstract:
A kind of dissimilar steel assembled wheel with B500CL as inner rim and Q345B as outer rim material is designed, and a multi-variable cyclic load fatigue endurance test method is used to predict the fatigue life of the wheel. Based on finite element method, the strength and stiffness of the wheel under different loads and the fatigue life and safety factor under different stress frequencies are calculated, and the key parts of local large stress are analyzed. A parameterized model is established in the turning condition, and 8 structural design variables are defined. The initial sample points are selected by using the optimal Latin hyper-square experimental design method and the Kriging approximate model of wheels is fitted. Taking the minimum mass, fatigue life and the maximum fatigue life safety coefficient of the wheel as the objective, and taking the stress and the maximum shape variables as the constraints, the multi-objective optimization of the wheel was carried out, and the bending fatigue test was conducted for verification. The results show that the dissimilar steel assembled wheels have good performance and meet the design life requirement after optimization. Compared with the wheel before optimization, the quality of dissimilar steel assembled wheels is reduced by 9.73%.
Key words:  dissimilar steel assembled wheels  lightweight design  parameterization model  Kriging approximation model  multi-objective optimization

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