载货汽车车架拓扑优化设计及有限元分析

发布时间：2017-05-24 12:20

  本文关键词：载货汽车车架拓扑优化设计及有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着结构优化理论的进一步发展,结构拓扑优化技术作为一种更高层次的结构优化设计方法被认为是结构优化领域中更为复杂、困难和更具挑战性的课题。结构拓扑优化可在改善或保持结构性能的基础上得到材料的最优分布,它使复杂结构在概念设计阶段即可灵活、理性地进行方案选择,达到既减少设计周期又减少制造成本的功效。本文就其在载货汽车车架结构优化设计领域的应用进行了初步探讨,主要研究工作有: (1)探讨了将较复杂结构拓扑优化的拓扑理论、优化模型以及寻优方法在车架优化中的应用,并为实际的工程应用提供了指导。 (2)利用HyperWorks的优化模块Optistruct,依据设计要求以及某载货汽车主车架的实际尺寸、载荷情况以及边界条件建立了拓扑优化基础模型,优化过程中设计变量考虑了左右对称约束和上下对称约束,以各工况变形能最小为目标函数,体积比为约束函数,通过变密度法,针对同一模型进行了多次拓扑优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,为车架的设计提供了方向性的指导意见。 (3)根据该车架总体布置以及承载的要求,并综合考虑拓扑优化的结果,参考国内外其它同类车架并结合指导老师的实际设计经验,初步完成了车架的总体结构的改进设计。 (4)运用Optistruct有限元软件对拓扑优化后的车架进行了强度和刚度校核及模态分析,计算结果显示其弯曲刚度和扭转刚度都有所提高,特别是扭转刚度提高了近11%;而且低阶模态频率也有所提高,从理论上验证了该载货车车架的设计基本合理,刚度、强度能够满足设计要求,并具有较好的动态特性。通过本文的研究,得出关于结构拓扑优化设计和车架结构材料拓扑布局的 主要结论: (1)以各工况变形能最小为目标函数,体积比为约束函数对重型汽车车架进行二维拓扑优化设计,能够在尽可能减小车架质量、提高优化运行效率的基础上,得到满足整体刚度和结构强度的比较清晰且连续的材料拓扑布局; (2)材料的布局与车架前后悬架的位置和悬架本身的负荷有很大关系; (3)在进行优化的迭代计算过程中,约束函数设置越小,拓扑结构中被删除的材料越多,迭代收敛越困难,因此,设置合理的约束函数值是确保优化计算与迭代效率的一个关键。
【关键词】：载货汽车 拓扑优化 有限单元法 强度分析 刚度分析 模态分析
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U463.32
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 致谢8-14
• 第一章 绪论14-21
• 1.1 结构优化设计概况14-15
• 1.2 结构优化设计分类15-16
• 1.3 国内外拓扑优化研究发展现状及其应用16-19
• 1.4 论文研究的目的、内容及意义19-21
• 第二章 HYPERWORKS 软件介绍21-30
• 2.1 HyperWorks 模块简介21-23
• 2.2 OptiStruct 优化功能介绍23-25
• 2.3 OptiStruct 拓扑优化介绍25-28
• 2.3.1 优化要素25-26
• 2.3.2 拓扑优化流程26-27
• 2.3.3 拓扑优化相关参数27-28
• 2.4 拓扑优化在汽车结构设计中的应用28-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 拓扑优化原理及方法介绍30-38
• 3.1 拓扑原理介绍30-36
• 3.1.1 拓扑优化方法介绍30-32
• 3.1.2 拓扑优化变密度法数学模型建立和分析32-36
• 3.2 拓扑优化常用算法36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第四章 载货汽车车架拓扑优化设计38-57
• 4.1 Optistruct 软件拓扑优化实现流程38-40
• 4.2 原车架概述40-41
• 4.2.1 车架载荷分布情况40-41
• 4.2.2 位移约束41
• 4.3 车架拓扑优化41-51
• 4.3.1 车架拓扑优化基结构的选取41-42
• 4.3.2 车架拓扑优化有限元模型的建立42-46
• 4.3.3 车架拓扑优化参数定义46-47
• 4.3.4 拓扑优化计算结果47-51
• 4.4 拓扑优化结果分析51-52
• 4.5 基于拓扑优化的新车架结构设计52-56
• 4.5.1 车架的功用52-53
• 4.5.2 车架设计的要求53
• 4.5.3 车架的结构设计53-55
• 4.5.4 车架制造工艺及材料55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 车架结构强刚度及模态分析57-74
• 5.1 结构有限元法概述57
• 5.2 结构有限元法基本理论57-62
• 5.2.1 线弹性静力学问题58-60
• 5.2.2 壳体单元基本理论60-62
• 5.3 结构模态分析理论62-64
• 5.4 车架有限元模型的建立64-66
• 5.5 拓扑优化车架强度、刚度及模态分析66-73
• 5.5.1 车架强度分析66-68
• 5.5.2 车架弯曲刚度计算分析68-70
• 5.5.3 车架扭转刚度计算分析70
• 5.5.4 车架模态分析70-73
• 5.6 本章小结73-74
• 第六章 结论及展望74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 展望74-76
• 参考文献76-79
• 硕士期间参与的科研项目79
• 攻读硕士学位期间发表的论文79-80

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 肖登红;电动自行车车架结构拓扑优化研究[D];中北大学;2011年

2 刘志新;基于蚁群算法车架拓扑优化设计研究[D];河北工业大学;2011年

3 胡凯;新型摩擦偶合器设计与有限元分析[D];山东科技大学;2011年

4 高龙士;基于有限元的汽车座椅导轨拓扑优化设计[D];电子科技大学;2011年

5 徐龙;基于极限工况载荷的车身静态强度分析及优化设计[D];湖南大学;2011年

6 张阿玲;一种电动汽车车身、车架结构设计及其性能优化[D];中北大学;2012年

7 王学鹏;多功能电动车车架结构有限元分析及优化[D];武汉理工大学;2010年

8 林椺;客车骨架结构分析及优化研究[D];合肥工业大学;2010年

9 王向彬;立式车床回转工作台结构仿生优化设计研究[D];吉林大学;2012年

10 赵延召;高精密注塑机合模机构的有限元分析与拓扑优化[D];华东交通大学;2012年

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本文编号：390771