汽车车架拓扑优化设计

论文摘要

本文首先讨论了国内外优化技术的研究现状以及应用情况,分析了车架结构轻量化技术的发展趋势,提出了应用有限元技术和现代优化方法对车架结构进行优化设计及有限元分析,以达到满足静、动态特性指标情况下并降低自重的目的。以载货两吨的单排座轻卡车架为研究对象,建立车架设计空间,确定车架位移边界条件及载荷情况,确定车满载时在行驶过程中遇到的各种工况。以车架轻量化作为目标函数,刚度和固有频率作为约束条件,应用HyperWorks软件对车架设计空间进行二维及三维拓扑优化设计,在此基础上将拓扑结果进行抽象,提取车架几何模型,并对模型进行有限元分析。在满足各项性能指标的前提下,采用板单元,以车架纵横梁厚度为设计变量再次进行尺寸优化,得到车架几何尺寸。最后对优化后的几何尺寸进行圆整,对车架模型进行有限元分析,得到最终理想的车架模型尺寸。本文利用拓扑优化这种概念性设计方法得到满足各种工况指标的车架材料分布,并抽象模型进行尺寸优化,使得车架在设计域内达到全局最优解。不仅为车架的一般设计提供了参考和依据,同时对车架的优化设计提供了新的思路和可行的具体路线,为同类研究提供了良好的借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 结构优化设计
• 1.3 连续体拓扑优化方法
• 1.4 拓扑优化在国内外的发展及应用
• 1.5 课题所用软件介绍
• 1.5.1 前后处理软件 HyperMesh
• 1.5.2 求解器 OptiStruct
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 汽车车架设计准则
• 2.1 车架设计空间
• 2.2 车架边界条件的确定
• 2.2.1 车架位移边界条件
• 2.2.2 车架承受的基本载荷
• 2.3 车架基本工况
• 2.3.1 弯曲载荷工况
• 2.3.2 弯扭联合工况
• 2.3.3 模态频率工况
• 2.4 车架优化设计
• 2.4.1 车架设计变量
• 2.4.2 车架约束条件
• 2.4.3 车架优化目标函数
• 第3章 车架拓扑优化设计
• 3.1 对称约束方法
• 3.2 二维车架拓扑优化
• 3.3 三维车架拓扑优化
• 3.4 车架有限元模型
• 3.5 车架静力学分析
• 3.6 车架模态分析
• 第4章 车架参数化设计
• 4.1 尺寸优化设计简介
• 4.2 对车架尺寸优化设计的几点说明
• 4.3 车架尺寸优化的有限元模型
• 4.4 对车架进行尺寸优化设计
• 4.5 车架尺寸优化结果
• 第5章 车架有限元分析
• 5.1 对车架进行调整
• 5.2 车架有限元分析
• 5.3 车架最终尺寸图
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要