基于ansys workbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究

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1、硕士学位论文基于ANSYSWorkbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究THEFINITEELEMENTANALYSISANDRESEARCHONTOPOLOGYOPTIMIZATIONTECHNOLOGYFORVEHICLEFRAMEBASDEONANSYSWORKBENCH余刚珍哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：U270.32学校代码：10213国际图书分类号：629密级：公开工学硕士学位论文基于ANSYSWorkbench的车架结构有限元分析及拓扑优化技术研究硕士研究生：余刚珍导

2、师：周超英教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U270.32U.D.C:629DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHEFINITEELEMENTANALYSISANDRESEARCHONTOPOLOGYOPTIMIZATIONTECHNOLOGYFORVEHICLEFRAMEBASDEONANSYSWORKBENCHCandidate：YuGan

3、gzhenSupervisor：Prof.ZhouChaoyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterDegreeinEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要车架作为

4、电动轨道车车身的重要承载结构，承受着行驶时产生的各类复杂载荷，对整车性能的优劣有其至关重要的影响。车架需要承受弯曲、扭转等各种载荷引起的剪切力和弯矩，需要承受电机及传动系统的不平衡等激振引起的振动，所以车架特性对电动轨道车的整车性能十分重要。通过有限元法研究车架性能及采用拓扑优化技术研究车架结构，能够有效的提升整车结构的静、动态性能。本文以电动轨道车的车架结构作为研究对象，采用ANSYSWorkbench建立原车架的有限元模型，计算车架的强度、刚度性能以及模态性能，并验证了原车架结构的性能符合设计标准。采用

5、拓扑优化变密度法优化了原车架结构，依据拓扑结构从新设计了轨道车车架及其零部件，并对新车架结构的强度、刚度性能和模态性能展开了细致的研究，以期提升车架结构及整车的性能，为车架结构设计提供理论依据。本文通过对比改进前后车架结构的各项性能参数，证明了新车架结构的有限元模型及所施加的边界条件具备合理性。拓扑优化研究表明，经拓扑优化后被研究的新车架结构的抗弯曲强度、扭转刚度等性能参数均有一定幅度的提升，特别是车架结构抗扭转刚度提高较为显著。车架的整体动力学性能有较大的提高，特别是低阶模态频率有较大的提升，使新车架结构

6、有效的避免了较大振动，实现了车架的减振设计。本文研究表明：研究车架的有限元法及车架拓扑优化技术对于指导电动轨道车车架的结构设计具有较好的适用性。在实际车架的应用中，采用有限元法及拓扑优化技术对电动轨道车车架展开结构优化设计，不但能够大幅增加整车刚度性能，且可实现对车架结构的有效减振以及车架的轻量化设计。关键词：轨道车车架；有限元法；静力分析；动力分析；拓扑优化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsanimportantpartoftheelectricrailcar,theframebea

7、rsallkindsofcomplexloadsfromtheprocessofmoving,theframe’sperformanceisdirectlyrelatedtothevehicle’sperformance.Framewillbeartheshearstrengthandbendingmomentfromtheshearandbendingloads.Anditwillbearthestimulationfrommotorvibrationandtransmissionimbalance,so

8、theframedesignisveryimportantforthevehicle’sperformanceofelectricrailcar.Theframe’sperformanceoffiniteelementmethodandtopologicaloptimizationtechniquesforframedesigncanenhancethestaticanddynamicperformanceofv