重型载货汽车车架有限元分析及其优化

摘要

车架作为重载汽车的承载基体,承受来自汽车部件、货物以及外部载荷的力及力矩,必须保证其有足够的刚度和强度,深入分析车架的力学性能是车架设计,优化的基础,同时也是保证整车性能的关键。因此,对车架的研究具有重要意义。
　　本文以某公司混凝土搅拌车车架为研究对象,以提高车架强度、刚度和可靠性为目的完成新型车架优化设计。通过在 HyperMesh中建立车架有限元模型,分别对车架进行静态、动态有限元计算,获得车架在弯曲、扭转、紧急制动三种工况下的应力应变参数,以及车架的模态和瞬态响应情况;在车架静、动态承载研究的基础上,使用基于变密度法的多目标拓扑优化方法对车架实施优化设计,通过修改原有车架模型,调整相关参数,给出了新型车架的设计方案;通过 RADIOSS软件对优化后的设计方案进行仿真验证。
　　研究成果表明:原有车架虽然在静态工况下危险截面最大应力低于材料许用应力,但在整体强度上有富余,存在大量可优化空间;在承受瞬态载荷时车架与悬架连接处存在不合理应力集中,容易出现断裂等安全隐患;根据多目标拓扑优化结果,本研究提出在车架前端设计一根新横梁和重新布置第一、第二横梁位置。经仿真验证,新车架各静态、动态指标均有较大幅度提高。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 课题研究背景及意义

§1.3 有限元法的研究现状

§1.4 本文的主要研究内容

第二章 车架有限元模型的建立

§2.1 有限元法的基本思想

§2.2 有限元建模软件及求解器

§2.3 车架有限元建模

§2.4 连接单元的模拟

§2.5 车架材料属性及单位制

§2.6 本章小结

第三章 车架静态特性分析

§3.1 有限元法在静力学分析中的应用

§3.2 车架静态工况分析

§3.3 本章小结

第四章 车架动态响应分析

§4.1 车架模态分析

§4.2 车架瞬态响应分析

§4.3 本章小结

第五章 车架结构优化设计

§5.1 车架拓扑优化设计

§5.2 车架拓扑结构建模及性能分析

§5.3 车架多目标拓扑优化设计

§5.4 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 研究工作总结

§6.2 课题后续研究与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果