某牵引车车架多目标拓扑优化设计与分析

发布时间：2017-04-13 16:12

  本文关键词：某牵引车车架多目标拓扑优化设计与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着高速公路网的发展,半挂车因安全性好、运输效率高等优点,成为目前物流市场中的重要车型之一。作为半挂车的动力来源,牵引车的研发受到商用车企业的高度重视。车架作为牵引车的主要承载部件,其性能的好坏直接影响牵引车的整车性能。因此,能否设计出力学性能好、质量轻便、制造成本低的车架显得尤为重要。为避免传统设计中的盲目性,本文将拓扑优化方法引入到牵引车车架的结构设计中,不仅为设计人员提供了一种科学的设计方法,而且能够找到最合理的设计方案。以往对车架的拓扑优化设计只是考虑以柔度最小为目标函数的单目标拓扑优化,然而车架实际中工况复杂,单目标拓扑优化设计不能得到最理想的车架结构。为了得到同时满足静态多工况刚度和动态振动固有频率要求的牵引车车架结构,本文对牵引车车架进行多目标拓扑优化设计。采用折衷规划法定义多刚度拓扑优化目标函数的数学模型,而振动固有频率拓扑优化目标函数的数学模型则采用平均频率法定义,综合刚度与振动固有频率多目标函数的数学模型也采用折衷规划法定义。通过优化得到同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构。根据拓扑优化结果,在Pro/E中对拓扑优化车架进行三维建模,然后将模型导入到Hypermesh中进行有限元静态和模态分析,结果分析表明拓扑优化车架满足使用要求,并且总体静态模态性能均优于原车架,总体质量减重5.01%。仿真结果同时验证了将多目标拓扑优化设计引入到车架设计中的可行性。在追求安全环保、减重降耗的目标的市场环境下,对牵引车车架进行轻量化设计很有必要性。在满足对车辆的使用性能的前提下,对拓扑优化车架进行尺寸优化设计,然后对尺寸优化车架进行有限元静态和模态分析,分析结果表明尺寸优化车架满足使用要求,并且总体静态模态性能在拓扑优化车架的基础上进一步提高,总体质量减重13.56%,减重比较明显。在追求节约材料和提高整车燃油经济性的今天,最终的尺寸优化车架具有更强的市场竞争力。
【关键词】：牵引车车架 多目标拓扑优化 折衷规划 尺寸优化
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.51
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.2 车架优化国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 本文的主要研究内容14-15
• 1.4 本文技术路线15-17
• 第二章 拓扑优化理论17-23
• 2.1 拓扑优化的原理17-18
• 2.2 拓扑优化常用方法18-19
• 2.2.1 均匀化方法18
• 2.2.2 变厚度法18-19
• 2.2.3 变密度法19
• 2.3 多目标拓扑优化方法19-22
• 2.3.1 线性加权法20
• 2.3.2 折衷规划法20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 车架多目标拓扑优化设计23-41
• 3.1 拓扑优化模型的建立23-29
• 3.1.1 车架拓扑优化初始几何模型的建立23-24
• 3.1.2 拓扑优化初始网格模型24
• 3.1.3 定义材料和属性24-25
• 3.1.4 确定载荷与约束25-29
• 3.2 车架多目标拓扑优化目标函数29-37
• 3.2.1 静载多工况刚度拓扑优化目标函数29-34
• 3.2.2 振动固有频率拓扑优化目标函数34
• 3.2.3 同时考虑刚度和频率要求的多目标拓扑优化目标函数34-37
• 3.3 多目标拓扑优化在软件中的实现37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 拓扑优化车架有限元分析41-67
• 4.1 拓扑优化车架三维模型的建立41-46
• 4.1.1 车架纵梁结构的确定41-42
• 4.1.2 车架横梁结构的确定42-45
• 4.1.3 车架纵横梁连接形式的确定45
• 4.1.4 横梁和纵梁的固定方式45-46
• 4.2 有限元分析46-59
• 4.2.1 有限元模型的建立46-51
• 4.2.2 拓扑优化车架静力学分析51-55
• 4.2.3 拓扑优化车架模态分析55-59
• 4.3 拓扑优化新车架与原车架对比分析59-65
• 4.3.1 原车架有限元分析59-63
• 4.3.2 拓扑优化车架与原车架对比分析结果63-65
• 4.4 本章小结65-67
• 第五章 尺寸优化设计67-77
• 5.1 尺寸优化设计67-69
• 5.2 尺寸优化车架有限元分析69-76
• 5.2.1 尺寸优化车架静力学分析69-72
• 5.2.2 尺寸优化后车架模态分析72-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 结论77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 攻读学位期间发表的学术论文85

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本文编号：303970