23518

بهينه‌سازي چند هدفه شاسي خودرو سنگين به منظور كاهش وزن و افزايش استحكام

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1399-1400

1399/10/30

دكتر جواد مرزبان راد

مهندسي خودرو

هدف اصلي اين پژوهش كاهش وزن سازه شاسي خودرو سنگين(كاميون) و افزايش استحكام ديناميكي و استاتيكي شاسي خودرو به منظور دستيابي به بهترين هندسه ممكن براي مقاطع تيرهاي طولي و عرضي شاسي مي¬باشد. مهم-ترين اهمّيت اين پژوهش اين است كه با رسيدن به نتايج مطلوب بهينه سازي مي¬توان مصرف سوخت را بهبود داد و آلايندگي¬هاي ناشي از مصرف سوخت¬هاي فسيلي را كاهش داد. اين امر باعث صرفه اقتصادي در حوزه انرژي مي‌شود و از همه مهم¬تر صرفه اقتصادي در استفاده از مواد اوّليه براي توليد شاسي خودروي سنگين مي‌شود. از ضرورت‌هاي انجام اين پايان‌نامه مي‌توان به نگراني‌هاي زيست‌ محيطي، گرمايش زمين، كاهش منابع سوخت‌هاي فسيلي و هم‌چنين كاهش وزن شاسي خودرو براي شتاب‌گيري و ترمزگيري و ديگر مانورهاي خودرويي اشاره كرد. وجود شركت¬هاي توليدكننده خودروهاي تجاري در كشور اهمّيت و ضرورت اين پروژه را دو چندان مي¬كند. دراين پايان¬نامه، از طرّاحي آزمايشات در روش تاگوچي و تحليل در نرم افزار آباكوس كه يكي از ابزارهاي بهينه¬سازي در شاسي يك خودرو در مراحل اوّليه طرّاحي مي¬باشد، به كار گرفته شده است. هم‌چنين براي اعتبارسنجي از يك شاسي خودرو سنگين به عنوان مدل اصلي استفاده شده است. هم‌چنين از مدل‌هايي از شاسي با المان¬هاي پوسته و ساليد كه در اين مدل¬سازي¬ها، شاسي شامل دو تير طولي و هفت تير عرضي مي¬باشد. براي اعتبارسنجي شاسي از مقاله مرجع، با استفاده از دقّت استاتيكي مقادير سفتي خمشي شاسي با مدل¬هاي ساليد و پوسته در آباكوس استفاده شده است. بررسي‌هاي انجام شده از مدل‌هاي ساليد و پوسته در آزمون‌هاي خمش، پيچش، شتاب¬گيري، ترمزگيري و كمانش نشان از تاثير پارامتر عرضي در مقطع شاسي در تيرهاي آن را نشان مي‌دهد. در اين پايان‌نامه بهينه‌سازي ابعاد مقطع و ضخامت تيرهاي تشكيل دهنده شاسي به عنوان متغيّرهاي طرّاحي و هم‌چنين سفتي¬هاي استاتيكي و ديناميكي و هم‌چنين وزن شاسي به صورت هم‌زمان به عنوان تابع هدف و قيدهاي طرّاحي در نظر گرفته مي¬شود. در نهايت با استفاده از روش تاگوچي چند طرّح مختلف براي بهينه¬سازي انتخاب شده و با يكديگر مقايسه مي‌شوند. بر اساس نتيجه ارائه شده حدود دوازده درصد كاهش وزن در تيرهاي طولي و ده درصد كاهش وزن در تيرهاي عرضي مشاهده شده است، ببدون اينكه سفتي خمشي و پيچشي شاسي كاهش پيدا كند، يا مقدار تغيير كم باشد. در واقع با انتخاب مناسب پارامترهاي طرّاحي، افزايش سختي خمشي و پيچشي در شاسي مشاهده مي¬شود.

1400/02/21

Multi Objective Optimization of Heavy Duty Vehicle Chassis Frame to Reduce Weight and Increase Strength

1/20/2022 12:00:00 AM

The main purpose of this study is to reduce the weight of the truck structure and to increase the dynamic and static strength of the truck chassis in order to achieve the best possible geometry for the longitudinal and transverse beam sections of the truck chassis. The most important aspect of this research is that by achieving the desired optimization results, fuel consumption can be improved and pollution from fossil fuel consumption can be reduced. This leads to economic savings in the field of energy and more importantly, it becomes economical to use raw materials to produce heavy vehicle chassis. The necessity of carrying out this dissertation is related to environmental concerns, global warming, reduction of fossil fuel resources, and reduction of vehicle chassis weight for acceleration, braking, and maneuvering. In addition, the presence of commercial vehicle manufacturing companies in the country further highlights the importance of this project. This dissertation uses experimental design in Taguchi method and applies analysis in Abaqus, which is one of the tools for optimization of the car chassis in the early stages of design. For validation of the results, a heavy vehicle chassis is used as the main model. Furthermore, chassis models with shell and solid elements have been applied in which the chassis consists of two longitudinal and seven transverse beams. In order to validate the chassis with the reference research article, static accuracy is applied to include chassis flexural stiffness with solid and shell models provided in Abacus. Investigations on the solid and shell models in the bending, torsion, acceleration, braking, and buckling tests illustrate the high influence of the transverse parameter on the section of the chassis beams. During the optimization, the dimensions of the cross section and the thickness of the beams are considered as the design variables. The static and dynamic stiffness and the weight have been simultaneously taken as the objective function and the design constrains. Finally, using Taguchi method, a number of designs are chosen for optimization and compared against each other. Based on the results, around 12% and 10% weight reduction was observed in longitudinal and transverse beams, respectively, without any reduction on the bending and torsion stiffness. As a matter of fact, by choosing the right design parameters, an increase in bending and torsion stiffness is observed.

مدل سازي شاسي خودرو، سفتي، سفتي خمشي، سفتي پيچشي، روش‌هاي بهينه¬سازي تاگوچي

car chassis modeling, flexural stiffness, torsional stiffness, Taguchi optimization methods