載貨汽車車架拓撲優(yōu)化設計及有限元分析.pdf

1、隨著結構優(yōu)化理論的進一步發(fā)展，結構拓撲優(yōu)化技術作為一種更高層次的結構優(yōu)化設計方法被認為是結構優(yōu)化領域中更為復雜、困難和更具挑戰(zhàn)性的課題。結構拓撲優(yōu)化可在改善或保持結構性能的基礎上得到材料的最優(yōu)分布，它使復雜結構在概念設計階段即可靈活、理性地進行方案選擇，達到既減少設計周期又減少制造成本的功效。本文就其在載貨汽車車架結構優(yōu)化設計領域的應用進行了初步探討，主要研究工作有： (1)探討了將較復雜結構拓撲優(yōu)化的拓撲理論、優(yōu)化模型以及尋優(yōu)

2、方法在車架優(yōu)化中的應用，并為實際的工程應用提供了指導。 (2)利用HyperWorks的優(yōu)化模塊Optistruct，依據(jù)設計要求以及某載貨汽車主車架的實際尺寸、載荷情況以及邊界條件建立了拓撲優(yōu)化基礎模型，優(yōu)化過程中設計變量考慮了左右對稱約束和上下對稱約束，以各工況變形能最小為目標函數(shù)，體積比為約束函數(shù)，通過變密度法，針對同一模型進行了多次拓撲優(yōu)化計算，得到了一組相似的拓撲結構，為車架的設計提供了方向性的指導意見。 (3

3、)根據(jù)該車架總體布置以及承載的要求，并綜合考慮拓撲優(yōu)化的結果，參考國內(nèi)外其它同類車架并結合指導老師的實際設計經(jīng)驗，初步完成了車架的總體結構的改進設計。 (4)運用Optistruct有限元軟件對拓撲優(yōu)化后的車架進行了強度和剛度校核及模態(tài)分析，計算結果顯示其彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度都有所提高，特別是扭轉(zhuǎn)剛度提高了近11％；而且低階模態(tài)頻率也有所提高，從理論上驗證了該載貨車車架的設計基本合理，剛度、強度能夠滿足設計要求，并具有較好的動態(tài)特

4、性。 通過本文的研究，得出關于結構拓撲優(yōu)化設計和車架結構材料拓撲布局的主要結論： (1)以各工況變形能最小為目標函數(shù)，體積比為約束函數(shù)對重型汽車車架進行二維拓撲優(yōu)化設計，能夠在盡可能減小車架質(zhì)量、提高優(yōu)化運行效率的基礎上，得到滿足整體剛度和結構強度的比較清晰且連續(xù)的材料拓撲布局； (2)材料的布局與車架前后懸架的位置和懸架本身的負荷有很大關系； (3)在進行優(yōu)化的迭代計算過程中，約束函數(shù)設置越小，拓撲結構