房车车架有限元分析及结构优化

发布时间：2017-07-15 09:20

  本文关键词：房车车架有限元分析及结构优化

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【摘要】：随着近年来经济的发展和人民生活水平的提高,房车旅游受到了越来越多的关注。房车车架作为房车的主要承载件,其性能的优良与否,直接关系到整车性能的好坏。近些年来,有限元法在汽车车架方面的研究日趋成熟,有限元法已经成为汽车车架结构研究的一种重要手段,但在房车车架上的应用还比较少。本文以某型拖挂式房车车架为研究对象,利用有限元法对房车车架进行静力学分析和动力学分析,校核其强度和刚度是否满足要求,在此基础之上对房车车架性能不足的部件进行优化设计。主要研究工作如下:首先,结合房车车架各组成部分的尺寸参数,对模型进行适当的简化处理,利用三维建模软件Pro/E建立了车架的三维实体模型;并将其导入至有限元分析软件ANSYS Workbench中,进行网格划分和材料属性定义等工作,从而得到车架的有限元模型。然后,对车架进行静力学分析,通过计算得到了车架在弯曲、扭转、制动、转弯四种典型工况下的变形情况和应力情况,校核了车架的强度和刚度,发现了车架在扭转工况下存在强度不足的问题。其次,对车架进行了模态分析,提取了前8阶模态的固有频率和振型等相关参数。通过对模态相关参数的分析,得出了该车架在正常行驶条件下能够避免共振现象的发生,动态性能良好的结论。最后,针对前文研究发现的车架在扭转工况下强度不足的情况,利用ANSYS Workbench中的优化设计模块对车架结构进行基于响应面法和遗传算法的优化设计。在确定了设计变量、约束条件和目标函数之后,通过设置Pro/E和Workbench的协同仿真实现了参数的共享,经过试验设计、响应面生成、优化分析后得到了最终的优化方案。通过优化设计,解决了车架在扭转工况下强度不足的问题,并有效降低了车架的质量。
【关键词】：房车车架 有限元 静力学分析 优化设计
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.32
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-13
• 1.1 课题的研究意义8
• 1.2 房车发展概况及车架有限元分析国内外研究现状8-10
• 1.2.1 房车发展概况8-9
• 1.2.2 车架有限元分析的国内外研究现状9-10
• 1.3 遗传算法和响应面法的研究现状10-11
• 1.3.1 遗传算法的研究现状10-11
• 1.3.2 响应面法的研究现状11
• 1.4 课题研究的主要内容及研究方法11-13
• 第二章 房车车架有限元模型的建立13-24
• 2.1 有限元法分析流程13-15
• 2.2 ANSYS Workbench软件简介15-16
• 2.3 车架有限元模型的建立16-23
• 2.3.1 车架几何模型的建立16
• 2.3.2 几何模型的导入及对模型的处理16-18
• 2.3.3 零部件之间连接方式的处理18
• 2.3.4 定义单元类型和材料属性18-19
• 2.3.5 网格的划分和网格质量检查19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 房车车架静力学分析24-39
• 3.1 房车车架静力学分析理论基础24
• 3.2 房车车架静力学分析工况的确定24-25
• 3.3 各工况有限元分析及结果25-38
• 3.3.1 弯曲工况25-29
• 3.3.2 扭转工况29-32
• 3.3.3 制动工况32-34
• 3.3.4 转弯工况34-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 房车车架模态分析39-45
• 4.1 房车车架模态分析理论基础39-40
• 4.2 ANSYS Workbench中的模态分析方法的选择40-41
• 4.3 房车车架模态分析及结果41-44
• 4.3.1 模态分析的边界条件41-42
• 4.3.2 模态分析的计算结果42-43
• 4.3.3 车架动态性能的评价43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第五章 基于响应面法和遗传算法的房车车架优化设计45-59
• 5.1 房车车架优化问题概述和数学模型45-47
• 5.1.1 设计变量的选取45-47
• 5.1.2 约束条件和目标函数的确定47
• 5.2 房车车架优化问题在ANSYS Workbench中的实现47-56
• 5.2.1 Pro/E与ANSYS Workbench的协同仿真47-49
• 5.2.2 在ANSYS Workbench中模型输入输出参数的设置49-50
• 5.2.3 试验设计50-52
• 5.2.4 构造响应面图形52-55
• 5.2.5 基于多目标遗传算法的优化55-56
• 5.3 优化后圆整方案的确定及与初始方案的结果对比56-58
• 5.4 本章小结58-59
• 第六章 总结与展望59-61
• 6.1 总结59
• 6.2 展望59-61
• 参考文献61-64
• 在读期间科研和奖励情况64-65
• 致谢65

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本文编号：543222