6×6型越野汽车车架的拓扑优化

论文摘要

车架是整个汽车结构的基体,汽车绝大多数的部件都是通过车架固定其位置的,除了支承连接汽车的各零部件,如发动机、传动系、悬架、驾驶室、货箱等机构,它还是车内外的各种载荷的主要承受体。在汽车新车型的开发过程中,车架设计一直占据着主导地位。6×6型越野汽车由于经常处于极其恶劣的工作环境,如气温低、温差大,要在坏路、甚至是无路处行驶等,因此对车架结构性能有着很高的要求。结构拓扑优化是近年来国际上优化研究热点问题之一,可在改善或保持结构性能的基础上得到材料的最优分布,它使复杂结构在概念设计阶段即可灵活、理性地进行方案优选。本文研究了机械结构拓扑优化设计、动、静态结构分析等CAE关键技术,并运用这些技术结合6×6型越野汽车设计要求,完成了6×6型越野汽车车架的总体结构设计。本文研究和探讨了拓扑优化理论和方法及其在汽车结构设计中的应用,根据6×6型越野汽车车架的实际尺寸、载荷情况以及边界条件建立了三维拓扑优化基础模型,针对同一车架模型选择不同的优化参数进行了多次优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,并对结果进行了具体分析,为车架的设计提供了方向性指导意见。然后根据该越野车总体布置的要求,综合考虑拓扑优化的结果,参考国内外其它同类车架的设计标准,并结合指导老师的实际设计经验,初步完成了车架的总体结构和主要附件的设计。最后运用ANSYS有限元软件建立了车架有限元模型,对其进行了强度校核及模态分析,分析了计算结果,从理论上验证了该越野车车架的设计基本合理,其强度能够满足设计要求,且具有较好的动态特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 结构优化的分类
• 1.3 国内外拓扑优化研究概况
• 1.4 车架有限元分析方法
• 1.5 课题的主要研究内容
• 第2章 拓扑优化原理介绍及应用
• 2.1 引言
• 2.2 拓扑优化数学模型和分析
• 2.3 拓扑优化常用算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 6×6 型越野汽车车架的拓扑优化
• 3.1 ANSYS软件介绍
• 3.1.1 ANSYS中拓扑优化的方法
• 3.1.2 ANSYS拓扑优化的步骤
• 3.2 车架结构的拓扑优化设计
• 3.2.1 车架三维拓扑优化
• 3.2.2 优化计算
• 3.2.3 优化结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 车架结构设计及性能分析
• 4.1 6×6 型越野汽车的结构设计
• 4.1.1 车架总体尺寸的确定
• 4.1.2 纵梁设计
• 4.1.3 横梁设计
• 4.1.4 纵梁与横梁的连接
• 4.2 车架结构性能分析
• 4.2.1 车架有限元模型的建立
• 4.2.2 计算载荷的确定与边界条件的处理
• 4.2.3 车架结构的静力性能分析
• 4.2.4 车架结构的动力性能分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢