重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究

发布时间：2017-05-03 16:15

  本文关键词：重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文首先论述了国内外车辆结构轻量化研究的现状,分析了车辆结构轻量化技术的发展趋势,探讨了国内研究的不足和差距,提出了应用有限元技术和现代优化方法对车架结构进行分析和优化,以达到改进结构、降低自重的目的。 接下来结合课题研究需要分析了某重型专用车的结构特点,建立了车架的全板壳有限元计算模型以及能正确反映力学特征和运动关系的平衡悬架有限元计算模型。在对车架进行全面分析之前,按照委托方的要求对平衡悬架的使用性能,包括平衡性和通过性,进行了校核。其中,对悬架的运动分析,提出了能够完全考虑车架和悬架弹性变形的校核方法,与传统的图解法相比,此方法虽然复杂性相对较高,但结果更加可靠和准确。 根据该车的实际使用状况,确定多个计算工况对车架进行了有限元计算分析,求得了各工况下车架的应力水平、应力分布和变形情况,对车架的承载能力给出了定量的分析,为车架的设计和改进提供了参考和依据,对提高企业的设计水平提供了方法,也为同类产品的设计提供了借鉴。 针对车架结构某些局部较严重的应力集中现象,对局部进行了改进设计,有效降低了局部的高应力,使局部结构更为合理,同时,局部结构的改进对车架整体不产生明显影响。 采用有限元法结合数学规划法对车架进行了轻量化结构优化设计。首先在不改变车架拓扑结构的基础上,以强度条件为约束,对车架纵梁截面尺寸进行了优化,优化完成后在对车架的刚度进行校核。优化结果表明,在保持与原车架基本相同的强度和刚度水平下,降低车架自重约12.94%,取得了不错的轻量化效果。 针对车架在弯扭工况下,扭转变形前后不协调的现象,在保证车架自重不增加的条件下,对横梁的安装位置进行了拓扑优化,使得车架前部的扭转刚度大幅提高,车架整体的扭转变形趋于协调,同时由于扭转变形趋于协调,使得车架的应力水平也有一定程度的降低。拓扑优化提供了进一步降低车架自重的空间,在车架最优拓扑结构的基础上再对纵梁截面尺寸进行优化,最终得到的车架结构在满足强度刚度要求的前提下,材料利用率得到了提高,与原结构相比,质量减少20.23%,取得了很好的轻量化效果。 本文的研究不仅为车架和悬架的一般设计提供了参考和依据,解决了企业的实际问题,同时对车架的优化设计提供了新的思路和可行的具体路线,为同类研究提供了良好的借鉴。
【关键词】：车架 有限元 轻量化 优化 拓扑
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：U463.32
【目录】：

• 第1章 引言7-14
• 1．1 课题背景7
• 1．2 研究的目的和意义7-8
• 1．3 国内外研究现状8-12
• 1．4 研究内容12-14
• 第2章 车架有限元分析基本方法14-25
• 2．1 有限元基本思想14-16
• 2．2 空间梁单元在车架有限元分析中的应用16-21
• 2．2．1 梁单元简介17-19
• 2．2．1．1 BEAM4单元17-18
• 2．2．1．2 BEAM24单元18
• 2．2．1．3 BEAM188单元18-19
• 2．2．2 基于空间梁单元车架有限元计算模型的特点19-21
• 2．3 板壳单元在车架有限元分析中的应用21-23
• 2．3．1 板壳单元简介21-23
• 2．3．1．1 SHELL63单元21-22
• 2．3．1．2 SHELL93单元22-23
• 2．3．2 基于板壳单元车架有限元计算模型的特点23
• 2．4 其它单元在车架有限元分析中的应用23-25
• 第3章 钻修井机有限元计算模型的建立25-37
• 3．1 车架及悬架的结构特点25-26
• 3．2 平衡悬架改进方案26-27
• 3．3 力学模型建立27-31
• 3．3．1 举升机构反力的计算27-29
• 3．3．2 车架悬架力学模型29-31
• 3．4 有限元计算模型的建立31-37
• 3．4．1 方案的确定和软硬件平台的确定31-32
• 3．4．2 几何模型的建立32-34
• 3．4．3 单元的选择及网格划分34-35
• 3．4．4 载荷和约束的处理35-37
• 第4章 钻修井机有限元计算结果分析37-47
• 4．1 模型约束及悬架平衡性检验37
• 4．2 平衡臂的强度校核37-38
• 4．3 整车通过性的校核38
• 4．4 弯曲工况结果分析38-40
• 4．5 弯扭一工况结果分析40-42
• 4．6 弯扭二工况结果分析42-43
• 4．7 举升工况结果分析43-44
• 4．8 局部结构改进设计44-47
• 4．8．1 纵横梁接头的改进45
• 4．8．2 加强腹板的改进45-46
• 4．8．3 井架支撑盒的改进46-47
• 第5章 车架轻量化研究的结构优化设计方法47-57
• 5．1 轻量化结构优化设计数学模型47
• 5．2 结构优化设计的分类47-50
• 5．2．1 截面尺寸优化47-48
• 5．2．2 形状优化48-49
• 5．2．2．1 杆系结构的形状优化48
• 5．2．2．2 连续结构的形状优化48-49
• 5．2．3 拓扑优化49-50
• 5．2．3．1 离散结构的拓扑优化49
• 5．2．3．2 连续结构的形状优化49-50
• 5．3 优化算法50-57
• 5．3．1 最优准则法50-51
• 5．3．2 数学规划法51-54
• 5．3．2．1 随机试验法51-52
• 5．3．2．2 牛顿法及阻尼牛顿法52
• 5．3．2．3 共轭方向法52-53
• 5．3．2．4 罚函数法53-54
• 5．3．2．5 增广拉格朗日乘子法54
• 5．3．3 仿生学方法54-55
• 5．3．3．1 遗传算法55
• 5．3．3．2 模拟退火法55
• 5．3．3．3 人工神经网络算法55
• 5．3．4 优化算法的选择55-57
• 第6章 车架轻量化设计的实现57-68
• 6．1 ANSYS软件中优化设计的实现方案57-58
• 6．1．1 Design Opt优化模块57-58
• 6．1．2 DesignXplorer VT模块58
• 6．1．3 Topological Opt模块58
• 6．2 车架尺寸优化设计过程58-61
• 6．2．1 设计变量的选择58-59
• 6．2．2 状态变量的选择59
• 6．2．3 目标函数的选择59
• 6．2．4 优化方法的选择59-60
• 6．2．5 尺寸优化结果60-61
• 6．3 车架拓扑优化设计过程61-68
• 6．3．1 基结构的确定62
• 6．3．2 拓扑优化策略62-63
• 6．3．3 优化方法的选择63
• 6．3．4 拓扑优化结果63-65
• 6．3．5 后续尺寸优化65-68
• 第7章 总结与展望68-70
• 7．1 论文总结68-69
• 7．2 研究展望69-70
• 参考文献70-74
• 研究论文情况74-75
• 致谢75

【引证文献】

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  本文关键词：重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：343335