重型貨車車架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計.pdf

1、結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化是近年來國際上優(yōu)化研究熱點問題之一，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)計階段即可靈活、理性地進(jìn)行方案優(yōu)選。本文就其在重型汽車車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了初步探討，主要研究工作有： 首先，利用HyperWorks的優(yōu)化模塊，根據(jù)某重型汽車主車架的實際尺寸、載荷情況，以及邊界條件建立了三維拓?fù)鋬?yōu)化基礎(chǔ)模型，以多工況變形能為目標(biāo)函數(shù)，體積比為約束函數(shù)，通過變密度法，針對同一模型進(jìn)行了

2、多次拓?fù)鋬?yōu)化計算，得到了一組相似的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 其次，根據(jù)不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析結(jié)果，選擇了約束函數(shù)取值最小的一個拓?fù)洳季?，并將它轉(zhuǎn)換為密度一致、厚度均勻，并且方便加工的板殼材料，進(jìn)行了尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化，最終得到該主車架的概念性結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)比原來主車架的結(jié)構(gòu)輕630斤。 最后，對拓?fù)鋬?yōu)化后的主車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了剛度和強(qiáng)度分析，計算結(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)剛度提高近一倍；彎曲模態(tài)頻率和扭轉(zhuǎn)模態(tài)頻率也

3、有所提高；結(jié)構(gòu)在典型極限工況下的靜強(qiáng)度足夠；以5.4km/h的速度越過含160mm深坑的不平路面瞬態(tài)響應(yīng)仿真分析表明，車架在該路面上行駛規(guī)定里程(6000km)不會產(chǎn)生疲勞破壞。 通過本文的研究，得到關(guān)于拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計和車架結(jié)構(gòu)材料布局的主要結(jié)論： ①以多工況變形能最小為目標(biāo)函數(shù)，體積比為約束函數(shù)對重型汽車車架進(jìn)行三維拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，能夠在盡可能減小車架質(zhì)量的基礎(chǔ)上，得到整體剛度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比較好的材料拓?fù)洳季郑?②在

4、車架設(shè)計空間內(nèi)，越靠近車架上下表面的材料利用率越高，且在車架一階扭轉(zhuǎn)的節(jié)線區(qū)域，也就是車架的中間部分，上下表面被大面積保留了下來，而上下表面之間的材料卻被挖空。說明對于施加到車架上的扭轉(zhuǎn)載荷來說，上下表面的材料是非常有用的，能夠有效地提高車架的抗扭剛度； ③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。車架前面部分的結(jié)構(gòu)由于負(fù)荷小，橫梁的尺寸也小、縱梁上分布了很多孔洞，而車架中后部分的結(jié)構(gòu)由于負(fù)荷大，橫梁的面積也大，