基于虚拟样机技术的自卸车举升机构优化研究

论文摘要

随着以虚拟样机技术为代表的计算机技术的不断发展,虚拟设计逐步成为工程领域中一种新的现代化设计手段。目前,虚拟样机技术已应用到汽车的产品研发中,并初步形成了一种集专业理论、工程设计、科学试验等为一体的较为完整的应用体系。运用虚拟样机技术,可以在产品设计初期阶段分析评估产品的性能,优化物理样机设计参数,从而降低新产品的开发风险,缩短开发周期,提高产品性能,最终提高企业的市场竞争力。本文以STQ3163L9Y6自卸车为研究对象,以虚拟样机软件ADAMS和ANSYS为应用平台,系统地对自卸车举升机构及关键结构进行优化设计。论文介绍了虚拟样机技术的研究背景及其在国内外的发展现状,概述了多体系统动力学和有限元法理论,及其所应用的软件ADAMS和ANSYS;接着,根据机械优化设计理论,应用ADAMS软件建立了自卸车举升机构的虚拟样机模型并对其进行动力学仿真分析,分析结果表明：对举升机构关键铰点进行优化设计,优化结果达到了减小液压油缸推力、提高举升机构性能的目的；然后应用ANSYS软件对三角臂进行有限元分析,分析结果表明：原三角臂材料利用不合理,采用变密度法对三角臂进行拓扑结构优化设计,优化结果表明：在保证刚度和强度的前提下,三角臂的质量由优化前的67.759kg减少到优化后的45.702kg,减小了32.6%,实现了三角臂的轻量化设计;最后,建立了自卸车的整车模型,研究了自激振动情况下的液压油缸推力的变化,研究结果表明：考虑车辆自激振动时,油缸推力会产生一定的波动,而对产生车辆自激振动的因素——悬架参数进行优化设计后,油缸推力的最大值会有所降低,且油缸推力波动的衰减速度有很大程度的提高,这些可为自卸车悬架系统的设计提供有效地参考依据。本文的研究成功地将虚拟样机技术应用到自卸车举升机构的优化设计中,同时对虚拟样机技术在专用汽车领域方面的应用也具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 虚拟样机技术
• 1.2.1 虚拟样机技术简介
• 1.2.2 虚拟样机技术国外发展状况
• 1.2.3 虚拟样机技术国内发展状况
• 1.3 本文研究的主要内容及章节安排
• 1.3.1 本文研究的主要内容
• 1.3.2 内容章节安排
• 第2章 多体系统动力学和有限元法简介
• 2.1 多体系统动力学
• 2.1.1 多体系统动力学简介
• 2.1.2 ADAMS软件简介
• 2.2 有限元法
• 2.2.1 有限元法简介
• 2.2.2 ANSYS软件简介
• 第3章 基于ADAMS的自卸车举升机构优化设计
• 3.1 机械优化设计理论
• 3.1.1 机械优化设计概述
• 3.1.2 优化设计问题的建模
• 3.1.3 优化设计问题的求解
• 3.2 自卸车举升机构建模
• 3.2.1 自卸车举升机构模型简化
• 3.2.2 建模参数的确定
• 3.2.3 虚拟样机模型的建立
• 3.3 自卸车举升机构的仿真分析
• 3.3.1 举升机构举升性能的主要评价参数
• 3.3.2 举升机构的仿真分析
• 3.4 自卸车举升机构的优化设计
• 3.4.1 优化设计数学模型的建立
• 3.4.2 设计变量的影响度分析
• 3.4.3 优化设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 三角臂的有限元分析与拓扑优化设计
• 4.1 拓扑优化的基本原理及步骤
• 4.1.1 拓扑优化的基本原理
• 4.1.2 拓扑优化的步骤
• 4.2 定义三角臂有限元模型的结构问题与单元类型
• 4.2.1 建立三角臂有限元模型
• 4.2.2 三角臂受力方向转换
• 4.2.3 施加约束及载荷
• 4.2.4 选择单元类型
• 4.3 有限元分析
• 4.4 拓扑优化设计及结果处理
• 4.4.1 定义设计空间
• 4.4.2 定义载荷工况
• 4.4.3 三角臂结构拓扑优化
• 4.5 优化后结构分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于整车模型的自卸车举升机构分析
• 5.1 自卸车整车的建模与仿真
• 5.2 悬架参数对车身振动的影响
• 5.3 悬架参数的优化
• 5.3.1 设计变量
• 5.3.2 优化目标
• 5.3.3 约束条件
• 5.3.4 优化设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录:攻读硕士学位期间发表的论文