卡车车架静动态特性分析及结构优化方法研究

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1、万方数据3．3基于变密度法的拓扑优化技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．323．3．1变密度法拓扑优化原理⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．323．3．2拓扑优化其他重要参数的定义与设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．353．4尺寸优化技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯383．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．39第四章车架拓扑优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．1车架拓扑优化数学模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．414．1．1多级容差序列法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．414．1．2拓扑优化目标函数的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯424．1．3拓扑优化

2、约束条件的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯444．2拓扑优化有限元模型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯454．3静态单工况柔度最小拓扑优化结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯464．3．1工况一拓扑优化结果⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．464．3．2工况二拓扑优化结果⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．464．3．3工况三拓扑优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．474．3．4工况四拓扑优化结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．484．4多目标拓扑优化结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯484．4．1多级容差序列法第一级优化结果及分析⋯⋯⋯，⋯⋯⋯⋯494．4．2多级容差序列法

3、第二级优化结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯504．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．57第五章车架尺寸优化设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯595．1新车架模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．595．2车架尺寸优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯615．2．1尺寸优化的设计变量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．615．2．2尺寸优化的目标函数和约束函数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯625．3尺寸优化结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯625．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．66总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．67致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71附录攻读学位期间发表的论文⋯⋯．二⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．75VI万方数据第一章绪论1．1课题的提出'弗一早珀比近年来，随着国民经济的增长，我国汽车工业及交通运输业得到了长足的发展，以卡车为代表的商用车是交通运输业的主要支柱。对卡车而言，其工作环境比其他车辆更为恶劣，连续工作时间也更长，因此用户对卡车的性能要求也更为苛刻。在卡车众多的零部件中，车架作为整车的基体，是重要的承载部件，连接和支撑着汽车的各总成，同时还要承受来自货物及路面的各种载荷，复杂多变的工况对车架的性能有着严格的要

5、求，其好坏直接影响到整车的性能[11。一般的，在卡车车架设计的过程中，需要确保[2]：①车架有足够的强度，以保证车架足够的可靠性和使用寿命，使主要零件在使用期内无严重变形及开裂；②车架有足够的弯曲刚度，以保证卡车在各个复杂的工况下的正常工作；③车架有适当的扭转刚度，以保证卡车对路面不平度的适应性，在卡车行驶于不平路面时，提高汽车的平顺性和通过能力；④车架低阶频率应避开共振频率范围，提高车辆行驶的安全性、稳定性及舒适性。总的来说，前三点性能指标属于车架的静态特性要求，第四点属于车架模态分析的范畴，是对车架动态特性的要求。随着计算机硬件的快速

6、发展、有限元理论的成熟、以及相关软件的日益完善，基于现代设计方法与计算机辅助工程(CAE)的汽车零部件设计、分析及优化已成为汽车行业的重要技术手段。在新车架的设计与研发过程中，分析人员可以利用有限元方法考察不同设计方案下车架强度、刚度及固有频率等是否符合性能指标要求，以便及时得到当前设计与性能指标要求之间的差距，从而进一步进行优化设计。与主要依靠经验的传统设计方法相比，基于计算机辅助工程(CAE)与有限元方法的设计、分析及优化在车架设计过程中主要有以下几个方面的优势：(1)有限元方法可以很好地模拟复杂的受力情况。在整车正常行驶过程中，车架

7、受到的载荷多变，对应的工况复杂，传统的车架设计方法及试验方法很难考虑车架各种复杂的工况。有限元技术不仅可以很好地模拟各类复杂工况，而且可以对各个典型工况进行综合考虑，使最后的设计方案满足各类工况要求。(2)有限元方法可以对车架进行自由模态分析。为提高车辆行驶的安全性、稳定性及舒适性，车架低阶频率应避开共振频率范围，其首要任务是找出车架的低阶固有频率。固有频率是车架典型的动态特性，是车架结构的固有属性，与其约束是没有关系的，因此在提取车架低阶频率时应对车架进行自由模态分析。然而试验方万方数据重庆交通大学硕士毕业论文法无法模拟完全没有约束的状

8、态，有限元方法则可以很好地解决此问题。(3)有限元方法可以对车架结构进行结构优化。传统方法进行车架设计与优化时更多地依赖于设计人员的经验，有限元方法可以使优化的思想在车架的设计初期就介入整个设