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重型特種車車架強(qiáng)度分析及其輕量化問題研究

發(fā)布時(shí)間:2017-05-03 16:15

  本文關(guān)鍵詞:重型特種車車架強(qiáng)度分析及其輕量化問題研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。


【摘要】:本文首先論述了國(guó)內(nèi)外車輛結(jié)構(gòu)輕量化研究的現(xiàn)狀,分析了車輛結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),探討了國(guó)內(nèi)研究的不足和差距,提出了應(yīng)用有限元技術(shù)和現(xiàn)代優(yōu)化方法對(duì)車架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和優(yōu)化,以達(dá)到改進(jìn)結(jié)構(gòu)、降低自重的目的。 接下來結(jié)合課題研究需要分析了某重型專用車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立了車架的全板殼有限元計(jì)算模型以及能正確反映力學(xué)特征和運(yùn)動(dòng)關(guān)系的平衡懸架有限元計(jì)算模型。在對(duì)車架進(jìn)行全面分析之前,按照委托方的要求對(duì)平衡懸架的使用性能,包括平衡性和通過性,進(jìn)行了校核。其中,對(duì)懸架的運(yùn)動(dòng)分析,提出了能夠完全考慮車架和懸架彈性變形的校核方法,與傳統(tǒng)的圖解法相比,此方法雖然復(fù)雜性相對(duì)較高,但結(jié)果更加可靠和準(zhǔn)確。 根據(jù)該車的實(shí)際使用狀況,確定多個(gè)計(jì)算工況對(duì)車架進(jìn)行了有限元計(jì)算分析,求得了各工況下車架的應(yīng)力水平、應(yīng)力分布和變形情況,對(duì)車架的承載能力給出了定量的分析,為車架的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供了參考和依據(jù),對(duì)提高企業(yè)的設(shè)計(jì)水平提供了方法,也為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了借鑒。 針對(duì)車架結(jié)構(gòu)某些局部較嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象,對(duì)局部進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),有效降低了局部的高應(yīng)力,使局部結(jié)構(gòu)更為合理,同時(shí),局部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)對(duì)車架整體不產(chǎn)生明顯影響。 采用有限元法結(jié)合數(shù)學(xué)規(guī)劃法對(duì)車架進(jìn)行了輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先在不改變車架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,以強(qiáng)度條件為約束,對(duì)車架縱梁截面尺寸進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化完成后在對(duì)車架的剛度進(jìn)行校核。優(yōu)化結(jié)果表明,在保持與原車架基本相同的強(qiáng)度和剛度水平下,降低車架自重約12.94%,取得了不錯(cuò)的輕量化效果。 針對(duì)車架在彎扭工況下,扭轉(zhuǎn)變形前后不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象,在保證車架自重不增加的條件下,對(duì)橫梁的安裝位置進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化,使得車架前部的扭轉(zhuǎn)剛度大幅提高,車架整體的扭轉(zhuǎn)變形趨于協(xié)調(diào),同時(shí)由于扭轉(zhuǎn)變形趨于協(xié)調(diào),使得車架的應(yīng)力水平也有一定程度的降低。拓?fù)鋬?yōu)化提供了進(jìn)一步降低車架自重的空間,在車架最優(yōu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上再對(duì)縱梁截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化,最終得到的車架結(jié)構(gòu)在滿足強(qiáng)度剛度要求的前提下,材料利用率得到了提高,與原結(jié)構(gòu)相比,質(zhì)量減少20.23%,取得了很好的輕量化效果。 本文的研究不僅為車架和懸架的一般設(shè)計(jì)提供了參考和依據(jù),解決了企業(yè)的實(shí)際問題,同時(shí)對(duì)車架的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新的思路和可行的具體路線,為同類研究提供了良好的借鑒。
【關(guān)鍵詞】:車架 有限元 輕量化 優(yōu)化 拓?fù)?/strong>
【學(xué)位授予單位】:武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2005
【分類號(hào)】:U463.32
【目錄】:
  • 第1章 引言7-14
  • 1.1 課題背景7
  • 1.2 研究的目的和意義7-8
  • 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-12
  • 1.4 研究?jī)?nèi)容12-14
  • 第2章 車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 空間梁?jiǎn)卧谲嚰苡邢拊治鲋械膽?yīng)用16-21
  • 2.2.1 梁?jiǎn)卧?jiǎn)介17-19
  • 2.2.1.1 BEAM4單元17-18
  • 2.2.1.2 BEAM24單元18
  • 2.2.1.3 BEAM188單元18-19
  • 2.2.2 基于空間梁?jiǎn)卧嚰苡邢拊?jì)算模型的特點(diǎn)19-21
  • 2.3 板殼單元在車架有限元分析中的應(yīng)用21-23
  • 2.3.1 板殼單元簡(jiǎn)介21-23
  • 2.3.1.1 SHELL63單元21-22
  • 2.3.1.2 SHELL93單元22-23
  • 2.3.2 基于板殼單元車架有限元計(jì)算模型的特點(diǎn)23
  • 2.4 其它單元在車架有限元分析中的應(yīng)用23-25
  • 第3章 鉆修井機(jī)有限元計(jì)算模型的建立25-37
  • 3.1 車架及懸架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)25-26
  • 3.2 平衡懸架改進(jìn)方案26-27
  • 3.3 力學(xué)模型建立27-31
  • 3.3.1 舉升機(jī)構(gòu)反力的計(jì)算27-29
  • 3.3.2 車架懸架力學(xué)模型29-31
  • 3.4 有限元計(jì)算模型的建立31-37
  • 3.4.1 方案的確定和軟硬件平臺(tái)的確定31-32
  • 3.4.2 幾何模型的建立32-34
  • 3.4.3 單元的選擇及網(wǎng)格劃分34-35
  • 3.4.4 載荷和約束的處理35-37
  • 第4章 鉆修井機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析37-47
  • 4.1 模型約束及懸架平衡性檢驗(yàn)37
  • 4.2 平衡臂的強(qiáng)度校核37-38
  • 4.3 整車通過性的校核38
  • 4.4 彎曲工況結(jié)果分析38-40
  • 4.5 彎扭一工況結(jié)果分析40-42
  • 4.6 彎扭二工況結(jié)果分析42-43
  • 4.7 舉升工況結(jié)果分析43-44
  • 4.8 局部結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)44-47
  • 4.8.1 縱橫梁接頭的改進(jìn)45
  • 4.8.2 加強(qiáng)腹板的改進(jìn)45-46
  • 4.8.3 井架支撐盒的改進(jìn)46-47
  • 第5章 車架輕量化研究的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法47-57
  • 5.1 輕量化結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型47
  • 5.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分類47-50
  • 5.2.1 截面尺寸優(yōu)化47-48
  • 5.2.2 形狀優(yōu)化48-49
  • 5.2.2.1 桿系結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化48
  • 5.2.2.2 連續(xù)結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化48-49
  • 5.2.3 拓?fù)鋬?yōu)化49-50
  • 5.2.3.1 離散結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化49
  • 5.2.3.2 連續(xù)結(jié)構(gòu)的形狀優(yōu)化49-50
  • 5.3 優(yōu)化算法50-57
  • 5.3.1 最優(yōu)準(zhǔn)則法50-51
  • 5.3.2 數(shù)學(xué)規(guī)劃法51-54
  • 5.3.2.1 隨機(jī)試驗(yàn)法51-52
  • 5.3.2.2 牛頓法及阻尼牛頓法52
  • 5.3.2.3 共軛方向法52-53
  • 5.3.2.4 罰函數(shù)法53-54
  • 5.3.2.5 增廣拉格朗日乘子法54
  • 5.3.3 仿生學(xué)方法54-55
  • 5.3.3.1 遺傳算法55
  • 5.3.3.2 模擬退火法55
  • 5.3.3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法55
  • 5.3.4 優(yōu)化算法的選擇55-57
  • 第6章 車架輕量化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)57-68
  • 6.1 ANSYS軟件中優(yōu)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方案57-58
  • 6.1.1 Design Opt優(yōu)化模塊57-58
  • 6.1.2 DesignXplorer VT模塊58
  • 6.1.3 Topological Opt模塊58
  • 6.2 車架尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)過程58-61
  • 6.2.1 設(shè)計(jì)變量的選擇58-59
  • 6.2.2 狀態(tài)變量的選擇59
  • 6.2.3 目標(biāo)函數(shù)的選擇59
  • 6.2.4 優(yōu)化方法的選擇59-60
  • 6.2.5 尺寸優(yōu)化結(jié)果60-61
  • 6.3 車架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)過程61-68
  • 6.3.1 基結(jié)構(gòu)的確定62
  • 6.3.2 拓?fù)鋬?yōu)化策略62-63
  • 6.3.3 優(yōu)化方法的選擇63
  • 6.3.4 拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果63-65
  • 6.3.5 后續(xù)尺寸優(yōu)化65-68
  • 第7章 總結(jié)與展望68-70
  • 7.1 論文總結(jié)68-69
  • 7.2 研究展望69-70
  • 參考文獻(xiàn)70-74
  • 研究論文情況74-75
  • 致謝75

【引證文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 盧立富;岳玲;黃雪濤;;基于Hypermesh的車架結(jié)構(gòu)模態(tài)分析[J];電腦知識(shí)與技術(shù);2008年12期

2 張子強(qiáng);唐學(xué)軍;阮競(jìng)蘭;陳藝;;有限元法在液壓翻板平臺(tái)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析中的應(yīng)用[J];糧食流通技術(shù);2011年05期

3 司景萍;田鳳霞;韓璐;萬方軍;陳有余;;有限元法在自卸車副車架強(qiáng)度分析中的應(yīng)用[J];煤礦機(jī)械;2010年08期

4 周成軍;沈嶸楓;周新年;吳傳宇;;電動(dòng)汽車車身結(jié)構(gòu)輕量化研究進(jìn)展[J];林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備;2012年11期

5 張蕾;王偉;;基于有限元法的自卸車車架分析[J];公路與汽運(yùn);2011年03期

6 韓璐;司景萍;李臣;;基于ANSYS軟件的車架設(shè)計(jì)研究綜述[J];專用汽車;2008年03期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 李響;承載夾層復(fù)合材料的輕量化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 秦秀文;三輪汽車聯(lián)體后橋箱體的改進(jìn)設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2011年

2 高娟;汽車變速器箱體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2011年

3 辛天佐;輕量化LNG罐車的強(qiáng)度分析與疲勞研究[D];南京理工大學(xué);2012年

4 胡偉;基于CAE的船舶起重機(jī)塔體結(jié)構(gòu)優(yōu)化與可靠性研究[D];武漢理工大學(xué);2006年

5 殷小霖;基于有限元法的車架輕量化設(shè)計(jì)[D];武漢理工大學(xué);2007年

6 張子春;復(fù)合材料商用車車架的CAD/CAE研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

7 成耀龍;大客車車身骨架結(jié)構(gòu)輕量化研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

8 李秀敏;基于VC平臺(tái)的甲板起重機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的研究[D];武漢理工大學(xué);2007年

9 孫海霞;前排料攪拌車車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有限元分析[D];青島大學(xué);2007年

10 巢媛;重型貨車車架結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[D];重慶大學(xué);2007年


  本文關(guān)鍵詞:重型特種車車架強(qiáng)度分析及其輕量化問題研究,,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。



本文編號(hào):343335


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