锥形碳纤维增强复合材料轮辋的设计与优化——碳/铝组装车轮应用

摘要整理

建立了考虑制造工艺的锥形碳纤维增强复合材料（CFRP）轮辋结构多目标集成优化框架。首先提出并建模了三区域对称堆积CFRP轮辋结构，分析了由CFRP轮辋和铝合金辐条组成的碳/铝组装车轮的弯曲疲劳、径向疲劳和13°冲击性能。以铺层厚度、铺层顺序和纤维角度为设计变量，采用径向基函数神经网络代理模型结合精英非支配排序遗传算法（NSGA）进行多目标集成优化设计，获得Pareto最优解集。通过灰色关联分析耦合熵权法选取折衷方案。采用模压和高温高压釜成型工艺制造锥形CFRP轮辋。与同尺寸的锻造镁合金轮辋相比，CFRP轮辋实现了17.2%的质量减重。通过相应的物理试验验证了组装车轮的弯曲疲劳、径向疲劳和13°冲击性能，试验结果均符合GB 36581—2018标准要求。该研究为轻量化车轮设计提供了系统的优化方法论，在新能源汽车轻量化应用中具有重要意义。

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