基于多目标拓扑优化方法的HMCVT箱体轻量化设计

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1、学校代码：10564学号：2016307903分类号：TH122密级：硕士学位论文基于多目标拓扑优化方法的HMCVT箱体轻量化设计邓若玲第一指导教师：吕恩利副教授第二指导教师：王昱副教授学院名称：工程学院专业学位类别：工程领域：车辆工程答辩委员会主席：李君副教授中国·广州2018年6月华南农业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方法标明。本人完全意识到本声明的法

2、律结果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南农业大学。学校有权保存并对国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅或在校园网上发布并供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览（除在保密期内的涉密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。作者签名：日期：导师签名：日期：学位论文提交同意书本学位论文符合国家和华南农业大学关于研究生学位论

3、文的相关规定，达到学位授予要求，同意提交。导师签名：日期：学科带头人签名：日期：摘要目前，农业机械化发展已然是农业现代化领域的必然趋势，而拖拉机在农业机械化中起着重要作用。降低拖拉机的制造成本和提高整台机械的燃油效率成为拖拉机设计的重要要求，为了使这一目标得到实现，各大拖拉机制造企业争相大力投入资金支持拖拉机轻量化技术的研究与应用。同时，随着计算机技术的迅猛发展，轻量化设计技术在农业机械化工程领域里面的应用也愈加广泛。轻量化设计技术主要包括轻量化材料和结构优化两大方面。其中，经过近几十年的积累，结构优化技术越来越成熟。而结构优化里面的拓扑优化技术因为具有创新性和创造性

4、并能够令工程师摆脱思维定式更是一枝独秀。本文研究的是一款重型拖拉机液压机械无级变速器（Hydro-mechanicalContinuouslyVariableTransmission，简称HMCVT）的箱体设计。变速器在拖拉机系统中起着重要的作用，而其箱体作为拖拉机传动系统至关重要组成部分，更是起着更加重要作用的装置。本文以HMCVT箱体为研究对象，提出了基于折衷规划法的多目标拓扑优化设计方法，通过同时考虑固有频率和箱体刚度对箱体进行轻量化结构优化设计。主要研究内容如下：（1）对基于多目标拓扑优化的结构优化方法进行理论研究。研究分析拓扑优化理论、拓扑优化方法：SIMP

5、方法、拓扑优化数值不稳定性的由来与解决以及拓扑优化列式等。同时，基于多目标拓扑优化求解方法和多目标Pareto解，提出联合刚度和频率目标的多目标拓扑优化目标函数。（2）将采用基于折衷规划法的多目标拓扑优化设计方法，对HMCVT箱体进行结构拓扑优化设计。根据拖拉机无级变速器结构空间和传动特性，对HMCVT箱体拓扑优化几何模型进行设计，并通过仿真分析得到纯液压起步挡工况下HMCVT箱体的边界载荷。基于折衷规划法的多目标拓扑优化设计方法，同时考虑固有频率和箱体刚度，确定轻量化设计的目标函数，对箱体进行优化设计。基于多目标拓扑优化设计的结果，对HMCVT箱体进行详细设计，在轴

6、承座孔上施加加强筋，使该处的集中应力降低，从而达到提高轴承座结构强度的目的。研究结果表明，优化后的HMCVT箱体重量为243.4Kg，较初始箱体重量418.2Kg降低了41%；优化后箱体的最大位移为0.158mm，较初始箱体的最大位移0.219mm降低了27%；优化后箱体的最大应力为298MPa，较初始箱体最大应力441MPa下降了32%。I关键词：HMCVT箱体；多目标优化；结构拓扑优化；轻量化设计；折衷规划法IILightweightDesignofHMCVTBoxBasedonMulti-objectiveTopologyOptimizationMethodDe

7、ngRuoling(CollegeofEngineering,SouthChinaAgriculturalUniversity,Guangzhou510642,China)Abstract：Currently,thedevelopmentofagriculturalmechanizationhasbeenalreadyaninevitabletrendinthefieldofagriculturalmodernization,andtractorsareplayingapivotalroleintheprocessofagriculturalmech