汽车高速轮胎试验机人字架结构动态特性研究

论文摘要

汽车高速轮胎动态特性试验机是测量汽车轮胎在高速(250km/h)状态下各种性能参数的实验设备。本文综述了国内外轮胎试验设备发展情况,采用现代设计技术对高速轮胎试验机的人字架进行了研究。确定了人字架的基本结构,对人字架结构进行了运动数值仿真,并对人字架结构的板厚进行了优化。使人字架结构有更好的应力分布和变形状况。对优化后的人字架结构进行了动态特性分析,得到了较为理想的人字架结构。人字架是高速轮胎试验机重要的组成部分,其性能直接影响试验机在高速、高载作用下的安全性和可靠性。通过对人字架的功能分析,确定了结构为Q235板箱型结构焊接而成。在结构实现上,通过有限元软件ANSYS的二次开发语言APDL进行了ANSYS命令流的编制,建立了人字架结构的参数化有限元模型。利用循环及分支语句提取了人字架侧倾运动过程中不同幅度的应力应变图象及重要位置的应力变化曲线图,实现了人字架结构的运动数值仿真;其次,考虑应力分布和经济性能,通过ANSYS的结构优化模块对人字架结构的板厚进行了优化分析。最后,应用ANSYS软件对优化后的人字架结构进行了动态特性研究。在满足强度、刚度要求的条件下,使人字架的质量最小。经过优化分析,确定了人字架在不同受力点具有不同板厚的的结构;最后通过对优化后的人字架结构进行动力学分析,得出了优化后的人字架结构具有良好的机械结构动态特性,验证了优化后的人字架结构满足了经济指标和性能要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源与目的
• 1.2 轮胎试验机研究动态与目前发展水平
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 国内外研究动态和发展水平
• 1.3 现代设计方法概述
• 1.3.1 传统设计的特点
• 1.3.2 现代设计方法
• 1.3.2 结构动力学及其结构动态设计
• 1.3.3 CAD/CAE技术
• 1.3.4 有限元法及其在优化中的应用
• 1.4 本课题研究的内容和需要解决的问题
• 第二章 汽车高速轮胎动态特性试验机人字架结构方案分析
• 2.1 试验机的功能要求
• 2.2 高速轮胎试验机人字架结构的性能要求
• 2.3 轮胎试验机人字架结构方案的确定
• 2.3.1 结构的分析与确定
• 2.3.2 人字架的受力分析
• 2.3.3 材料的选择
• 第三章 人字架结构的运动数值仿真
• 3.1 有限元分析软件—ANSYS
• 3.1.1 ANSYS软件概述
• 3.1.2 ANSYS二次开发工具—APDL语言及特点
• 3.1.3 APDL编程
• 3.2 人字架结构的运动数值仿真
• 3.2.1 人字架结构的基本情况
• 3.2.2 人字架结构有限元模型的具体情况
• 3.2.3 仿真参数的选取
• 3.2.4 人字架运动仿真的ANSYS命令流文件的实现
• 3.2.5 人字架侧倾运动数值仿真结果
• 3.2.6 仿真曲线分析
• 第四章 试验机人字架结构优化
• 4.1 ANSYS优化设计问题的数学表述与一般流程
• 4.1.1 ANSYS优化设计问题的数学表述
• 4.1.2 ANSYS优化设计中的三大变量
• 4.1.3 ANSYS优化分析的几个基本概念
• 4.1.4 ANSYS优化设计问题一般流程
• 4.2 人字架结构优化的基本过程
• 4.2.1 基本原理
• 4.2.2 优化设计的过程与步骤
• 第五章 人字架结构的动力学研究
• 5.1 动力学分析简介
• 5.1.1 动力学分析概述
• 5.1.2 机械结构模态分析
• 5.1.3 模态分析的理论基础
• 5.1.4 结构模态分析的有限元法
• 5.1.5 模态分析的分析过程及应用
• 5.2 用ANSYS进行动力分析
• 5.3 人字架模型的基本假设
• 5.4 模态动力分析的基本过程
• 5.4.1 模型的建立与单元网格的划分
• 5.4.2 人字架的模态设置、定义边界及求解
• 5.4.3 计算结果
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢