某重型汽车车架结构抗疲劳轻量化设计
发布时间：2021-05-22 06:45
重型载货汽车长期处于满载甚至超载运行中,工作条件恶劣,路况复杂多变,使得受力最为复杂的车架很容发生疲劳破坏,而车架作为重型汽车的关键零部件,其疲劳寿命性能的优劣将直接影响汽车的品质和安全性。因此,研究车架的疲劳寿命显得很有必要。本文以某重型汽车的车架为研究对象,基于变密度法拓扑优化理论,对车架进行多目标拓扑优化设计。同时,对该车架进行抗疲劳轻量化研究。主要研究内容如下:（1）建立了车架拓扑优化模型,根据重型汽车的配件质量以及满载质量来确定车架的受力情况,分析了车架在四种典型工况下的约束情况。本文采用折衷规划法把多工况刚度和低阶频率的多目标优化问题转化为单目标优化问题,通过层次分析法计算出了各个子目标的权重系数,基于变密度法以静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大为目标,对车架进行多目标拓扑优化。（2）根据拓扑优化结果以及参考同类型汽车车架的结构,建立了车架几何模型和有限元模型。对车架在四种典型工况,即弯曲工况、扭转工况、紧急制动工况和紧急转弯工况下的静态响应进行了分析,得到了车架的应力分布和变形,并进行了强度校核。基于模态理论对车架进行模态分析,并提取前十阶模态频率以及振型。（3）...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.2 拓扑优化研究现状
1.3 疲劳寿命研究概况
1.4 抗疲劳轻量化研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 车架多目标拓扑优化研究
2.1 建立车架拓扑优化模型
2.1.1 建立车架拓扑优化几何模型
2.1.2 划分拓扑优化设计空间
2.1.3 定义材料和属性
2.1.4 确定载荷边界条件
2.1.5 选取工况和约束条件
2.2 建立拓扑优化数学模型
2.2.1 单工况刚度优化数学模型
2.2.2 低阶动态固有频率拓扑优化数学模型
2.3 单工况下车架刚度拓扑优化
2.3.1 弯曲工况拓扑优化
2.3.2 扭转工况一拓扑优化
2.3.3 扭转工况二拓扑优化
2.3.4 扭转工况三拓扑优化
2.4 低阶固有频率拓扑优化
2.5 车架多目标拓扑优化设计
2.5.1 同时考虑刚度和频率要求的多目标拓扑优化设计
2.6 本章小结
第3章 车架静动态性能分析
3.1 建立车架几何模型
3.1.1 确定纵梁结构
3.1.2 确定横梁结构
3.1.3 确定车架纵横梁的连接方式
3.2 建立车架有限元模型
3.2.1 几何清理
3.2.2 边界条件模拟和网格划分
3.2.3 施加载荷
3.3 车架静态分析
3.3.1 弯曲工况分析
3.3.2 扭转工况分析
3.3.3 紧急制动工况分析
3.3.4 紧急转弯工况分析
3.4 车架模态分析
3.4.1 模态分析理论基础
3.4.2 车架模态分析及评价
3.5 本章小结
第4章 车架疲劳寿命分析
4.1 疲劳寿命分析基本理论和方法
4.1.1 疲劳累积损伤理论
4.1.2 雨流计数法
4.1.3 材料的S-N曲线
4.1.4 疲劳寿命分析方法的选择
4.2 车架动态外载荷计算
4.2.1 时域路面激励仿真
4.2.2 车架动态载荷仿真
4.3 基于名义应力法的车架疲劳寿命分析
4.3.1 车架准静态应力分析
4.3.2 车架材料S-N曲线的获取
4.3.3 车架疲劳寿命分析结果
4.4 本章小结
第5章 车架抗疲劳轻量化设计
5.1 实验设计与近似模型方法
5.1.1 拉丁超立方试验设计方法
5.1.2 Kriging法
5.2 车架抗疲劳轻量化板厚设计
5.2.1 确定设计变量和区间变量
5.2.2 建立多目标优化数学模型
5.2.3 建立基于Kriging法的车架抗疲劳轻量化板厚设计模型
5.2.4 多目标遗传算法（NSGA-II）
5.2.5 车架抗疲劳轻量化板厚设计结果
5.3 车架抗疲劳轻量化设计结果验证
5.3.1 车架疲劳寿命分析结果
5.3.2 车架静力学分析
5.3.3 车架模态分析
5.4 本章小结
总结和展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计[J]. 米承继,谷正气,蹇海根,张勇,李光,熊勇刚,李文泰. 中国机械工程. 2017(20)
[2]考虑动态特性的多工况车身结构拓扑优化研究[J]. 兰凤崇,赖番结,陈吉清,马芳武. 机械工程学报. 2014(20)
[3]有限元法在疲劳分析中的应用及发展[J]. 周京,徐滨士,王海斗,邢志国,康嘉杰. 理化检验(物理分册). 2013(10)
[4]有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用[J]. 刘龙涛,李传日,马甜,乔亮. 装备环境工程. 2013(04)
[5]基于SIMP理论的电动汽车车身多目标拓扑优化[J]. 谢伦杰,张维刚,常伟波,崔杰. 汽车工程. 2013(07)
[6]牵引车车架的模态分析与优化设计[J]. 杜艳,刘俊,楚宏理. 信息系统工程. 2012(11)
[7]某SUV车架多目标拓扑优化设计[J]. 向湘林,左孔天,向宇,曾昭贤. 计算机辅助工程. 2012(05)
[8]半挂车车架多轴疲劳寿命研究[J]. 李楠,孙桓五,闫杰,周兴,窦玮. 汽车技术. 2012(09)
[9]基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法[J]. 薛彩军,谭伟,徐奋进,戴建华. 南京理工大学学报. 2011(06)
[10]采用NSGA-Ⅱ混合智能算法的风电场多目标电网规划[J]. 王茜,张粒子. 中国电机工程学报. 2011(19)
博士论文
[1]非公路宽体矿用自卸车车架结构失效分析及疲劳寿命预测[D]. 郑森.吉林大学 2015
硕士论文
[1]汽车半主动悬架平顺性优化控制仿真研究[D]. 孙攀.湖南大学 2017
[2]基于Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法的麦弗逊悬架稳健优化设计[D]. 刘艳军.华东交通大学 2016
[3]某牵引车车架多目标拓扑优化设计与分析[D]. 郭瑞武.太原理工大学 2016
[4]G760型宽体矿用车车架疲劳寿命分析[D]. 刘丹丹.哈尔滨工业大学 2016
[5]矿用自卸车A型架焊缝不确定性分析及抗疲劳设计[D]. 高团结.湖南大学 2016
[6]基于组合代理模型的汽车碰撞安全性多目标优化研究[D]. 高轶男.重庆大学 2016
[7]某重型载货汽车车架的疲劳分析及优化[D]. 郜慧超.北京理工大学 2016
[8]某农用车车架疲劳特性分析及结构优化[D]. 郑海腾.广西科技大学 2015
[9]6×2型半挂牵引车车架疲劳寿命分析及轻量化设计[D]. 李成林.太原理工大学 2014
[10]大功率压裂车车架疲劳性能研究[D]. 李俊文.大连理工大学 2014
本文编号：3201180
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.2 拓扑优化研究现状
1.3 疲劳寿命研究概况
1.4 抗疲劳轻量化研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 车架多目标拓扑优化研究
2.1 建立车架拓扑优化模型
2.1.1 建立车架拓扑优化几何模型
2.1.2 划分拓扑优化设计空间
2.1.3 定义材料和属性
2.1.4 确定载荷边界条件
2.1.5 选取工况和约束条件
2.2 建立拓扑优化数学模型
2.2.1 单工况刚度优化数学模型
2.2.2 低阶动态固有频率拓扑优化数学模型
2.3 单工况下车架刚度拓扑优化
2.3.1 弯曲工况拓扑优化
2.3.2 扭转工况一拓扑优化
2.3.3 扭转工况二拓扑优化
2.3.4 扭转工况三拓扑优化
2.4 低阶固有频率拓扑优化
2.5 车架多目标拓扑优化设计
2.5.1 同时考虑刚度和频率要求的多目标拓扑优化设计
2.6 本章小结
第3章 车架静动态性能分析
3.1 建立车架几何模型
3.1.1 确定纵梁结构
3.1.2 确定横梁结构
3.1.3 确定车架纵横梁的连接方式
3.2 建立车架有限元模型
3.2.1 几何清理
3.2.2 边界条件模拟和网格划分
3.2.3 施加载荷
3.3 车架静态分析
3.3.1 弯曲工况分析
3.3.2 扭转工况分析
3.3.3 紧急制动工况分析
3.3.4 紧急转弯工况分析
3.4 车架模态分析
3.4.1 模态分析理论基础
3.4.2 车架模态分析及评价
3.5 本章小结
第4章 车架疲劳寿命分析
4.1 疲劳寿命分析基本理论和方法
4.1.1 疲劳累积损伤理论
4.1.2 雨流计数法
4.1.3 材料的S-N曲线
4.1.4 疲劳寿命分析方法的选择
4.2 车架动态外载荷计算
4.2.1 时域路面激励仿真
4.2.2 车架动态载荷仿真
4.3 基于名义应力法的车架疲劳寿命分析
4.3.1 车架准静态应力分析
4.3.2 车架材料S-N曲线的获取
4.3.3 车架疲劳寿命分析结果
4.4 本章小结
第5章 车架抗疲劳轻量化设计
5.1 实验设计与近似模型方法
5.1.1 拉丁超立方试验设计方法
5.1.2 Kriging法
5.2 车架抗疲劳轻量化板厚设计
5.2.1 确定设计变量和区间变量
5.2.2 建立多目标优化数学模型
5.2.3 建立基于Kriging法的车架抗疲劳轻量化板厚设计模型
5.2.4 多目标遗传算法（NSGA-II）
5.2.5 车架抗疲劳轻量化板厚设计结果
5.3 车架抗疲劳轻量化设计结果验证
5.3.1 车架疲劳寿命分析结果
5.3.2 车架静力学分析
5.3.3 车架模态分析
5.4 本章小结
总结和展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计[J]. 米承继,谷正气,蹇海根,张勇,李光,熊勇刚,李文泰. 中国机械工程. 2017(20)
[2]考虑动态特性的多工况车身结构拓扑优化研究[J]. 兰凤崇,赖番结,陈吉清,马芳武. 机械工程学报. 2014(20)
[3]有限元法在疲劳分析中的应用及发展[J]. 周京,徐滨士,王海斗,邢志国,康嘉杰. 理化检验(物理分册). 2013(10)
[4]有限元仿真在振动结构疲劳分析中的应用[J]. 刘龙涛,李传日,马甜,乔亮. 装备环境工程. 2013(04)
[5]基于SIMP理论的电动汽车车身多目标拓扑优化[J]. 谢伦杰,张维刚,常伟波,崔杰. 汽车工程. 2013(07)
[6]牵引车车架的模态分析与优化设计[J]. 杜艳,刘俊,楚宏理. 信息系统工程. 2012(11)
[7]某SUV车架多目标拓扑优化设计[J]. 向湘林,左孔天,向宇,曾昭贤. 计算机辅助工程. 2012(05)
[8]半挂车车架多轴疲劳寿命研究[J]. 李楠,孙桓五,闫杰,周兴,窦玮. 汽车技术. 2012(09)
[9]基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法[J]. 薛彩军,谭伟,徐奋进,戴建华. 南京理工大学学报. 2011(06)
[10]采用NSGA-Ⅱ混合智能算法的风电场多目标电网规划[J]. 王茜,张粒子. 中国电机工程学报. 2011(19)
博士论文
[1]非公路宽体矿用自卸车车架结构失效分析及疲劳寿命预测[D]. 郑森.吉林大学 2015
硕士论文
[1]汽车半主动悬架平顺性优化控制仿真研究[D]. 孙攀.湖南大学 2017
[2]基于Kriging模型和NSGA-Ⅱ算法的麦弗逊悬架稳健优化设计[D]. 刘艳军.华东交通大学 2016
[3]某牵引车车架多目标拓扑优化设计与分析[D]. 郭瑞武.太原理工大学 2016
[4]G760型宽体矿用车车架疲劳寿命分析[D]. 刘丹丹.哈尔滨工业大学 2016
[5]矿用自卸车A型架焊缝不确定性分析及抗疲劳设计[D]. 高团结.湖南大学 2016
[6]基于组合代理模型的汽车碰撞安全性多目标优化研究[D]. 高轶男.重庆大学 2016
[7]某重型载货汽车车架的疲劳分析及优化[D]. 郜慧超.北京理工大学 2016
[8]某农用车车架疲劳特性分析及结构优化[D]. 郑海腾.广西科技大学 2015
[9]6×2型半挂牵引车车架疲劳寿命分析及轻量化设计[D]. 李成林.太原理工大学 2014
[10]大功率压裂车车架疲劳性能研究[D]. 李俊文.大连理工大学 2014
本文编号：3201180
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