某清扫车车架结构分析及相关问题研究

论文摘要

车架是汽车上重要的承载部件，安装着发动机、传动系、转向系、悬架、驾驶室、货厢等有关部件和总成，车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架，因此，车架的结构性能直接影响着整车的性能。使用有限元法对车架进行结构分析，可以尽早了解车架的静动态特性，为车架结构的优化提供指导，对车架进行拓扑优化可以提高车架的力学性能，减少材料使用，节约研发成本。某型清扫车车架在改装设计和样车试制过程中均发现车架整体刚度小，车架中部挠曲变形大的问题，为解决车架挠曲变形大的问题并提高车架的力学性能，本文在Hypermesh中建立了以壳单元为基本单元的车架有限元模型，借助通用有限元软件Ansys对车架进行了静态响应分析，分析了车架在典型工况下的变形和应力分布情况，并比较了车架挠度小试的挠曲变形和仿真结果。计算了车架前十阶模态特性，获得了车架自由状态下的固有频率和振型，并在Ls-dyna中进行了车架谐响应动态分析，找出了车架结构中的薄弱部位。考虑到车架的实际结构中一些不确定性因素的存在，车架的确定性结构分析与实际情况会有一定的偏差，为了更真实地模拟车架的力学特性，充分考虑车架的一些不确定性因素对车架静动态响应的影响幅度，在车架确定性结构分析的基础上，建立车架不确定参数化模型，运用区间分析方法分析了车架结构和材料的一些不确定性参数对车架响应的影响幅度，并与确定性分析进行了比较。在对车架静动态特性分析和区间分析的基础上，对车架结构中薄弱的部位进行了拓扑优化分析。以车架结构的体积分数为优化目标函数，以车架的挠曲变形作为约束，获取了车架新的局部拓扑结构，从而提高了车架整体刚度，改善了车架挠曲变形大的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 清扫车的发展概述
• 1.1.2 课题介绍
• 1.2 研究目的和意义
• 1.3 有限元分析在车架研究的现状
• 1.3.1 国外的研究现状
• 1.3.2 国内的研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 车架有限元模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 有限单元基本理论
• 2.3 车架几何模型的建立
• 2.3.1 坐标系的确定
• 2.3.2 车架几何模型
• 2.4 车架有限元模型
• 2.4.1 几何清理
• 2.4.2 网格划分
• 2.4.3 螺栓连接、焊接及悬架模拟
• 2.5 本章小结
• 第3章 车架静动态分析
• 3.1 车架静态分析
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 车架典型工况分析
• 3.1.3 车架挠度小试试验分析
• 3.2 车架动态分析
• 3.2.1 谐响应分析
• 3.2.2 模态分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 车架静动态响应不确定性的区间分析
• 4.1 引言
• 4.2 区间线性方程组的一般解法
• 4.3 结构静力响应的区间分析
• 4.3.1 问题描述
• 4.3.2 不确定参数取值范围的确定
• 4.3.3 使用遗传算法求解区间方程的计算步骤
• 4.3.4 数值算例
• 4.3.5 计算结果
• 4.4 结构动力特性的区间分析
• 4.4.1 问题描述
• 4.4.2 求广义区间特征值方程的计算步骤
• 4.4.3 计算结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 车架局部拓扑优化
• 5.1 引言
• 5.2 拓扑优化原理及常用方法
• 5.3 拓扑优化在汽车行业的应用
• 5.4 车架局部拓扑优化
• 5.4.1 拓扑优化基结构的选取
• 5.4.2 拓扑优化有限元模型的建立
• 5.4.3 拓扑优化参数的定义
• 5.4.4 拓扑优化计算结果
• 5.5 优化结果的提取及评价
• 5.5.1 静位移比较
• 5.5.2 动态位移比较
• 5.5.3 模态结果比较
• 5.6 本章小结
• 总结与展望
• 1 全文总结
• 2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间所发表的学术论文目录