本文關(guān)鍵詞：重型貨車車架靜動態(tài)特性分析與優(yōu)化設計

  更多相關(guān)文章： 重型貨車車架 多目標拓撲優(yōu)化 尺寸優(yōu)化 動靜態(tài)特性分析 疲勞分析

【摘要】：重型貨車車架作為貨車的主要承載部件,其作用是連接貨車各總成并承受傳遞給它的復雜載荷和力矩。因此,貨車車架的設計是關(guān)乎整車性能的重要環(huán)節(jié)。隨著計算機硬件的發(fā)展和現(xiàn)代優(yōu)化設計理論的完善,利用有限元方法對貨車車架進行靜動態(tài)特性分析,發(fā)現(xiàn)貨車車架設計過程中存在的缺陷,對貨車車架進行優(yōu)化設計相對于傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計法有較大優(yōu)勢。本文以某款重型貨車車架為模型,結(jié)合有限元理論和優(yōu)化設計理論,對車架進行靜動態(tài)特性分析,發(fā)現(xiàn)車架存在的潛在缺陷后,對車架進行拓撲優(yōu)化設計,尺寸優(yōu)化設計以及校核分析,具體工作內(nèi)容如下:(1)首先結(jié)合貨車車架的實際尺寸,利用HyperWorks軟件建立車架的有限元模型,選取貨車車架最典型的四種工況對車架進行靜動態(tài)特性分析。分析結(jié)果表明:車架各工況的剛度和強度均滿足設計要求,但剛度偏小;車架低階固有頻率沒有避開車架模態(tài)設計要求避開的范圍,容易產(chǎn)生共振。(2)然后針對貨車車架的缺陷,確定采用拓撲優(yōu)化的設計方法對車架結(jié)構(gòu)進行改進。同時考慮到車架剛度在設計過程中的重要性,以各工況剛度最大和自由模態(tài)前三階固有頻率最大為目標,對車架進行多目標拓撲優(yōu)化。同時,為了比較不同多目標優(yōu)化方法在拓撲優(yōu)化中的差異,本文建立了三種常用的多目標優(yōu)化數(shù)學模型分別為線性加權(quán)法,平方和加權(quán)法和折衷規(guī)劃法,并將其應用在車架拓撲優(yōu)化中。在三種數(shù)學模型中同時引入滿意度理論,構(gòu)建滿意度動態(tài)權(quán)重,消除各工況剛度和前三階固有頻率之間的權(quán)重影響,實現(xiàn)了三種方法多目標拓撲優(yōu)化結(jié)果的對比分析。對比分析優(yōu)化結(jié)果表明:(1)滿意度動態(tài)權(quán)重下,三種方法均可以實現(xiàn)車架的多目標拓撲優(yōu)化,且各工況剛度和前三階頻率均有大幅提升。(2)滿意度動態(tài)權(quán)重下,三種優(yōu)化方法貨車車架拓撲構(gòu)型存在差異,折衷規(guī)劃法對頻率和剛度的優(yōu)化效果較其他兩種方法更為明顯。(3)以折衷規(guī)劃法的貨車車架拓撲構(gòu)型為基礎,建立新貨車車架的三維幾何模型,確定了橫梁的數(shù)目和最佳位置分布。為了進一步確定橫縱梁的厚度尺寸,以車架各橫梁和縱梁厚度為設計變量,對車架進行尺寸優(yōu)化設計。同時,在滿足設計要求的前提下,通過尺寸優(yōu)化達到了輕量化的目的,減少質(zhì)量13.7%,效果明顯。隨后對新貨車車架進行靜動態(tài)特性校核,發(fā)現(xiàn)新車架強度,剛度和低階固有頻率均滿足設計要求,說明優(yōu)化設計過程的正確性。(4)最后對靜動態(tài)特性校核后的車架進一步進行疲勞壽命校核,驗證表明:優(yōu)化后貨車車架最危險點疲勞壽命為1.037×105次,滿足疲勞安全壽命標準(105次)。通過疲勞壽命校核,增強說明貨車車架優(yōu)化設計結(jié)果的正確性與合理性。論文研究了三種不同的多目標優(yōu)化數(shù)學模型在車架拓撲優(yōu)化中的應用,并對優(yōu)化結(jié)果加以對比分析,為多目標拓撲優(yōu)化方法的選取提供了一定的理論依據(jù)。另外,本文建立了一套完整的拓撲優(yōu)化和尺寸優(yōu)化相結(jié)合的優(yōu)化設計流程和思路,對今后的貨車車架設計有一定的指導作用和參考價值。
【關(guān)鍵詞】：重型貨車車架 多目標拓撲優(yōu)化 尺寸優(yōu)化 動靜態(tài)特性分析 疲勞分析
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U463.32;U469.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 緒論10-18
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外車架有限元分析現(xiàn)狀11-12
• 1.3 國內(nèi)外拓撲優(yōu)化發(fā)展現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 拓撲優(yōu)化發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3.2 國外車架結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀14
• 1.3.3 國內(nèi)車架結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本文研究內(nèi)容及思路16-18
• 2 貨車車架有限元靜動態(tài)特性分析18-35
• 2.1 重型貨車車架設計要求18-20
• 2.1.1 重型貨車車架剛度設計要求18
• 2.1.2 重型貨車車架強度設計要求18-19
• 2.1.3 重型貨車車架模態(tài)設計要求19-20
• 2.2 車架有限元模型建立20-28
• 2.2.1 車架幾何模型的建立20-23
• 2.2.2 貨車車架有限元模型的建立23-28
• 2.3 貨車車架各工況靜態(tài)特性分析28-31
• 2.4 貨車車架動態(tài)特性分析31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 貨車車架多目標拓撲優(yōu)化設計35-52
• 3.1 基于變密度法數(shù)學插值模型35-36
• 3.2 車架拓撲優(yōu)化初始幾何模型建立36
• 3.3 車架拓撲優(yōu)化有限元模型建立36-37
• 3.4 車架單目標拓撲優(yōu)化37-42
• 3.4.1 拓撲優(yōu)化三要素確定和重要參數(shù)設置37-39
• 3.4.2 單工況應變能最小拓撲優(yōu)化結(jié)果39-41
• 3.4.3 前三階各階頻率最大拓撲優(yōu)化結(jié)果41-42
• 3.5 多目標優(yōu)化數(shù)學模型建立42-45
• 3.5.1 多目標拓撲優(yōu)化目標函數(shù)和約束函數(shù)確定43
• 3.5.2 線性加權(quán)法數(shù)學模型建立43-44
• 3.5.3 平方和加權(quán)法數(shù)學模型建立44
• 3.5.4 折衷規(guī)劃法數(shù)學模型建立44-45
• 3.6 滿意度理論下動態(tài)權(quán)重的數(shù)學模型建立45-48
• 3.6.1 模糊滿意度理論概述45-46
• 3.6.2 模糊滿意度隸屬函數(shù)的引入46-47
• 3.6.3 權(quán)重的動態(tài)設計47-48
• 3.7 多目標拓撲優(yōu)化結(jié)果和對比分析48-51
• 3.7.1 拓撲優(yōu)化結(jié)果48-49
• 3.7.2 優(yōu)化結(jié)果的對比分析49-51
• 3.8 本章小結(jié)51-52
• 4 貨車車架尺寸優(yōu)化與靜動態(tài)特性校核52-62
• 4.1 新車架幾何模型的建立52-53
• 4.2 新車架有限元模型建立53
• 4.3 車架的尺寸優(yōu)化設計53-55
• 4.3.1 尺寸優(yōu)化的設計變量53-54
• 4.3.2 尺寸優(yōu)化的目標函數(shù)和約束函數(shù)54-55
• 4.3.3 車架尺寸優(yōu)化結(jié)果55
• 4.4 車架靜動態(tài)特性校核55-61
• 4.4.1 車架靜態(tài)特性校核分析56-59
• 4.4.2 貨車車架動態(tài)特性校核分析59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 5 貨車車架疲勞壽命校核62-72
• 5.1 車架疲勞壽命分析流程62-66
• 5.1.1 疲勞壽命及疲勞累積損傷模型62-63
• 5.1.2 材料的S-N曲線和名義應力法63-64
• 5.1.3 車架疲勞壽命分析流程圖建立64-66
• 5.1.4 車架結(jié)構(gòu)材料的疲勞特性66
• 5.2 疲勞壽命分析結(jié)果及校核66-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-80
• 攻讀學位期間取得的研究成果80

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1 張俊;;女車車架結(jié)構(gòu)形式的初探[J];中國自行車;1989年04期

2 谷敏;;混合車車架工藝點滴[J];中國自行車;1990年05期

3 陳華新;;車架結(jié)構(gòu)設計(二)[J];摩托車技術(shù);1993年05期

4 高思榜;;摩托車車架結(jié)構(gòu)的分析與優(yōu)化研究[J];科技致富向?qū)?2013年17期

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本文編號：582374