车载钻机车架优化设计

论文摘要

随着计算机的广泛应用和能源危机的日益严重,车辆生产企业都迫切的希望在提高车辆本身性能的同时,可以降低自身的生产成本,力求占领更多的市场份额。车载钻机作为专用车辆,其车架没有经过有针对性的设计、生产。因此,利用现代方式对其进行优化设计变得切实可行。本文的主要研究内容：(1)利用ANSYS对车架进行三维建模、静力分析。在结构静力分析阶段,通过约束八个吊耳销来实现对车架约束的模拟,将车架的承载形式考虑成分段均布式。在纯弯曲阶段,约束所有的吊耳销；在扭转分析阶段,通过释放和添加吊耳销的约束条件来实现扭转情况的模拟。(2)模态分析。模态分析过程不以自由模态的振型作为目标,车架部分的载重是不容忽视的,分析的是车架在有载荷预应力作用下的固有频率和相应振型。静力分析和模态分析的结果,给优化设计提供了有力依据。(3)ANSYS优化。目的是降低车架自身的重量,根据前面的分析结果,选择最主要的承载部分——纵梁作为直接优化目标。在优化时,将纵梁处理成梁单元模型,提取梁的截面尺寸作为设计变量,梁在纯弯时的最大应力为状态变量,以梁的总质量为目标；经过迭代得到优化值,与原模型对比,求出质量的轻化比例。(4)MATLAB的遗传算法优化。作为优化对比出现,这也是本文的亮点。为了对比的可靠性,优化参数的选择完全和ANSYS一致,最大弯矩的数值也直接来源于ANSYS的分析结果。针对遗传算法的随机性,我们进行四次运算,分别取各个参数的最大值作为优化结果；并将结果与原模型和ANSYS优化结果进行比较。论文最后部分是对全文工作的总结,并对后续研究进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 课题的提出
• 1.3 研究目的和意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本论文主要研究内容
• 第2章 车架静力学分析
• 2.1 对象分析
• 2.2 车架有限元模型建立
• 2.3 车架静力学分析
• 2.3.1 应力与平衡方程
• 2.3.2 应力-应变关系
• 2.3.3 Von Mises应力
• 2.4 车架工况分析
• 2.4.1 车架弯曲工况分析
• 2.4.2 车架扭转情况分析
• 2.5 小结
• 第3章 车架模态分析
• 3.1 引言
• 3.2 模态分析的基础知识
• 3.3 ANSYS模态分析方法
• 3.4 有预应力的车架模态分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 车架结构的优化设计
• 4.1 优化设计绪论
• 4.2 ANSYS优化
• 4.2.1 ANSYS优化方法
• 4.2.2 ANSYS优化数学模型
• 4.2.3 ANSYS优化过程
• 4.3 车架的遗传算法优化
• 4.3.1 遗传算法的求解过程
• 4.3.2 车架优化的遗传算法数学模型
• 4.3.3 遗传算法优化
• 4.4 优化对比
• 4.5 全章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录一 攻读硕士期间发表的学术论文