电动物流车蓄电池支架优化设计

发布时间：2020-10-27 08:14

　　 创建组合工况,采用加速度加载的仿真方法,基于变密度法和"包裹面"方案对电动物流车蓄电池支架进行结构拓扑优化,并通过尺寸优化对支架进行轻量化设计,得到符合性能和轻量化要求的结构设计方案。仿真结果表明,优化后的蓄电池支架整体刚度提高了10.5%,总质量降低了29.2%。
【部分图文】：

蓄电池支架选用型材焊件，与车架通过螺栓连接，由托架、后护板、侧肋板、固定板、固定架和固定挂钩组成。利用前处理软件HyperMesh建立了蓄电池支架优化前的有限元模型，如图1所示。模型采用壳单元划分，网格为3 mm×3 mm，单元数共计11 881个，单元总计节点数为12 632，采用rbe2刚性连接。蓄电池支架的材料为Q235A钢，材料属性如表1所示。1.2 建立工况载荷和约束

在以柔度最小化为目标的拓扑优化中，约束为支架的质量，变量为单元密度。其优化结果虽然大幅减重，但是最大位移出现在托架前端，位移增大，不满足优化要求，且材料减重分布不均匀，导致加工制造困难。在以体积最小化为目标的拓扑优化中，约束支架的最大位移，间接约束其刚度，变量为单元密度。优化结果显示最大位移有所减小，但最大应力有所增加。得到图2a桁架式结构，不满足工艺和成本的要求。由于原始模型可优化区域较小，在原始模型上优化，可能得不到最优解。文中提出一种“包裹面”的拓扑优化方法，在不改变蓄电池支架安装等功能前提下，对可设计区域进行填充以及部分扩大。优化目标为柔度最小化，约束为包裹面的质量。将原蓄电池支架的结构用面包裹起来，结构上不改变蓄电池支架的主要尺寸，考虑到支架的固定方式以及蓄电池的安装，在包裹面上增加固定板。由于固定板的两孔为螺栓连接，考虑螺栓预紧力的影响，在固定板挂钩的两孔处施加大小为10 N，方向为-z的预紧力。包裹面有限元模型如图3a所示，拓扑优化结果如图3b所示，拓扑优化材料分布质量较好，由于施加了预紧力，固定板的结构完整保留。

由于原始模型可优化区域较小，在原始模型上优化，可能得不到最优解。文中提出一种“包裹面”的拓扑优化方法，在不改变蓄电池支架安装等功能前提下，对可设计区域进行填充以及部分扩大。优化目标为柔度最小化，约束为包裹面的质量。将原蓄电池支架的结构用面包裹起来，结构上不改变蓄电池支架的主要尺寸，考虑到支架的固定方式以及蓄电池的安装，在包裹面上增加固定板。由于固定板的两孔为螺栓连接，考虑螺栓预紧力的影响，在固定板挂钩的两孔处施加大小为10 N，方向为-z的预紧力。包裹面有限元模型如图3a所示，拓扑优化结果如图3b所示，拓扑优化材料分布质量较好，由于施加了预紧力，固定板的结构完整保留。2.2 二次设计及尺寸优化
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本文编号：2858290