面向增材制造的汽車薄壁結構輕量化建模方法.pdf

1、碩士學位論文面向增材制造的汽車薄壁結構輕量化建模方法LightweightdesignofAutobodyThin—WallStructuresusingAdditiveManufacturing學21322015大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理工大學碩士學位論文摘要近年來，由于增材制造技術(3D打印)能夠制造任意復雜模型的特點，在個性化以及形狀復雜制品的定制和加工方面得到廣泛應用。利用這一特點

2、，將該技術應用在汽車造型設計領域中，能夠快速呈現(xiàn)汽車設計師的設計意圖，相比于傳統(tǒng)的多個等比例縮小油泥模型的制作，極大的縮短了產品開發(fā)周期，提高模型制作精度。但是現(xiàn)階段針對汽車薄壁結構模型的3D打印，大都采用等厚度的方式，方法雖然簡單、易于操作，但是對薄壁模型進行整體統(tǒng)一加厚的方式存在兩方面缺陷：一是薄壁厚度尺寸只能根據經驗進行選擇，為了增加局部強度，常采取整體加厚的方式，造成材料的浪費；二是隨著3D打印技術的普及帶來的社會化建模問題。由

3、于設計者缺乏結構設計經驗，常會出現(xiàn)由于力學性能不足而引起的模型破壞現(xiàn)象。因此在保證模型外觀精度及結構強度前提下，如何對汽車薄壁結構進行輕量化建模是本文的研究重點。針對汽車薄壁結構的優(yōu)化，本文提出了基于熱源擴散的變厚度方法以及多胞加強結構兩種方法，論文以某汽車外殼等比例縮小模型為研究對象。具體如下所示：(1)針對汽車薄壁結構的優(yōu)化建模問題，提出了一個系統(tǒng)的可行解決方案，首先，利用模型熱擴散方法模擬模型受力分布，檢測各節(jié)點熱量值并賦予相應的

4、厚度，然后通過數(shù)值分析、三維打印以及實驗驗證完整的方法，對模型厚度進行優(yōu)化，最終得到了滿足性能要求的輕量化模型，該方法相對于傳統(tǒng)等厚度模型的打印，質量節(jié)省30％左右，極大的節(jié)省了模型打印的時間和材料成本，汽車薄壁結構的成功打印，驗證了該方法的有效性和可行性。(2)針對多胞加強結構在薄壁結構上的應用，利用多準則決策方法，對比三種多胞加強結構在模型彎曲和扭轉工況下的力學性能，并對選定的六邊形結構進行尺寸優(yōu)化，以柔度和體積最小為目標，得到帕累

5、托最優(yōu)解集。最后對比了彎曲和扭轉工況下，多胞加強結構相對于等厚度結構的性能，結果表明，在滿足同等柔度條件下，質量分別減少了17％和20％左右，驗證了多胞加強結構在輕量化設計和打印方面的可行性。針對汽車車身薄壁結構模型，本文提出的兩種廣義意義上的變厚度方法，結合增材制造技術在復雜模型加工的技術優(yōu)勢，實現(xiàn)了汽車車身模型的蒙皮和骨架的一體化設計與制造，在車身造型領域的應用具有現(xiàn)實可行性。關鍵詞：增材制造；輕量化建模；熱源擴散：多胞加強結構：汽