卡車車架靜動態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究.pdf

1、車架作為卡車的主要承載部件，連接和支撐著各總成，承受著外界施加的各種載荷。因此，其性能的好壞直接關(guān)系到整車設(shè)計的成敗。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展、數(shù)值分析理論和優(yōu)化設(shè)計理論的完善，利用有限元的方法對車架的靜動態(tài)特性進行較為準確的分析，并根據(jù)分析結(jié)果對車架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計已成為提高整車各項性能、降低設(shè)計與制造成本、增強市場競爭力的重要手段。車架結(jié)構(gòu)的靜動態(tài)特性分析已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)還停留在僅考慮單工況單目標的階段。卡車車架承受載

2、荷繁多、典型工況復雜、性能要求嚴格，過于簡單的優(yōu)化模型不能準確地描述符合工程實際的優(yōu)化問題。同時，拓撲優(yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化雖然已經(jīng)廣泛用于車架結(jié)構(gòu)設(shè)計中，但綜合使用各種優(yōu)化方法的研究較少。
　　本文首先合理簡化了車架的邊界條件及承受的載荷，利用有限元軟件Hyper Works建立了原車架的有限元模型，選擇了卡車車架最為典型的四種工況進行了靜動態(tài)響應分析。分析結(jié)果表明:原車架靜態(tài)強度、剛度滿足設(shè)計要求，并有較大安全裕度，存在輕量

3、化設(shè)計的空間;原車架在自由狀態(tài)下前三階非零固有頻率處于路面載荷激振頻率范圍內(nèi)，容易發(fā)生共振，不滿足設(shè)計要求。針對原車架模態(tài)頻率處于共振頻率范圍的缺陷，提出了符合車架實際工作情況的多目標拓撲優(yōu)化方案。利用折衷規(guī)劃法和平均頻率公式分別建立了以多工況剛度最大和前三階非零固有頻率最大為目標的多目標拓撲優(yōu)化數(shù)學模型。利用多級容差序列法對多目標優(yōu)化問題進行了分級處理，討論了容差系數(shù)選取的不同對各級目標函數(shù)及車架最終拓撲構(gòu)型的影響。優(yōu)化結(jié)果表明：①平

4、均頻率目標函數(shù)和柔度目標函數(shù)是相互制約的，柔度目標函數(shù)變優(yōu)會導致平均頻率目標函數(shù)變差；②選取較小容差系數(shù)時，第一級目標函數(shù)優(yōu)化效果顯著;反之，第二級目標的優(yōu)化效果則更顯著；③容差系數(shù)取值的不同會影響車架最優(yōu)拓撲構(gòu)型中橫梁的數(shù)目、形狀及相對位置。利用多目標拓撲優(yōu)化得到車架構(gòu)型的前三階非零固有頻率能避開共振頻率范圍。根據(jù)多目標拓撲優(yōu)化的結(jié)果，參考同類型車的設(shè)計方案，確定了新車架橫梁數(shù)目、形狀及相對位置;利用板殼單元建立了新車架的有限元模型，