載貨汽車車架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)及有限元分析.pdf

1、隨著結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論的進(jìn)一步發(fā)展，結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)作為一種更高層次的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)優(yōu)化領(lǐng)域中更為復(fù)雜、困難和更具挑戰(zhàn)性的課題。結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化可在改善或保持結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上得到材料的最優(yōu)分布，它使復(fù)雜結(jié)構(gòu)在概念設(shè)計(jì)階段即可靈活、理性地進(jìn)行方案選擇，達(dá)到既減少設(shè)計(jì)周期又減少制造成本的功效。本文就其在載貨汽車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討，主要研究工作有： (1)探討了將較復(fù)雜結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的拓?fù)淅碚?、?yōu)化模型以及尋優(yōu)

2、方法在車架優(yōu)化中的應(yīng)用，并為實(shí)際的工程應(yīng)用提供了指導(dǎo)。 (2)利用HyperWorks的優(yōu)化模塊Optistruct，依據(jù)設(shè)計(jì)要求以及某載貨汽車主車架的實(shí)際尺寸、載荷情況以及邊界條件建立了拓?fù)鋬?yōu)化基礎(chǔ)模型，優(yōu)化過程中設(shè)計(jì)變量考慮了左右對(duì)稱約束和上下對(duì)稱約束，以各工況變形能最小為目標(biāo)函數(shù)，體積比為約束函數(shù)，通過變密度法，針對(duì)同一模型進(jìn)行了多次拓?fù)鋬?yōu)化計(jì)算，得到了一組相似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為車架的設(shè)計(jì)提供了方向性的指導(dǎo)意見。 (3

3、)根據(jù)該車架總體布置以及承載的要求，并綜合考慮拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果，參考國內(nèi)外其它同類車架并結(jié)合指導(dǎo)老師的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，初步完成了車架的總體結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。 (4)運(yùn)用Optistruct有限元軟件對(duì)拓?fù)鋬?yōu)化后的車架進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度校核及模態(tài)分析，計(jì)算結(jié)果顯示其彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都有所提高，特別是扭轉(zhuǎn)剛度提高了近11％；而且低階模態(tài)頻率也有所提高，從理論上驗(yàn)證了該載貨車車架的設(shè)計(jì)基本合理，剛度、強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求，并具有較好的動(dòng)態(tài)特

4、性。 通過本文的研究，得出關(guān)于結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)和車架結(jié)構(gòu)材料拓?fù)洳季值闹饕Y(jié)論： (1)以各工況變形能最小為目標(biāo)函數(shù)，體積比為約束函數(shù)對(duì)重型汽車車架進(jìn)行二維拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在盡可能減小車架質(zhì)量、提高優(yōu)化運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上，得到滿足整體剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的比較清晰且連續(xù)的材料拓?fù)洳季郑?(2)材料的布局與車架前后懸架的位置和懸架本身的負(fù)荷有很大關(guān)系； (3)在進(jìn)行優(yōu)化的迭代計(jì)算過程中，約束函數(shù)設(shè)置越小，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)