学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

重型卡车车身灵敏度分析研究与拓扑优化设计

作　者: 曲令晋
导　师: 曹文钢
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 卡车车身有限元分析灵敏度分析轻量化拓扑优化
分类号: U463.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 272次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着技术进步和人们节能意识的提升,汽车正朝着节能、环保、安全、舒适、智能和网络化等方向发展,减小汽车自身质量是汽车降低燃油消耗及减少排放的有效措施之一。车架是重型载重汽车的重要部件,支承着发动机、离合器、变速器、转向器、驾驶室、和货箱等所有簧上质量的有关机件,承受着传给它的各种力和力矩。此外,由于重型载重汽车的使用条件十分恶劣,受力状况也非常复杂。全面彻底的了解汽车车架的承载特征,是对车架进行改进设计和优化处理的基础和关键。因此,如何设计出既满足使用要求,又具有轻量特征的车架成了一项具有挑战意义的工作。伴随着计算机硬件和科技的飞速发展,有限单元法作为一种重要的数值分析技术,已经广泛的应用于车架的动态和静态分析研究中。有限元法的重要优势在于能够改善市场上汽车产品的质量,降低开发制造成本。为了促进车架设计的水平,提升整车在市场上的占有率,我们必须将车架有限元分析技术提高到战略高度上。本文的重点介绍了利用灵敏度分析的方法对重型卡车车架进行轻量化的方法。首先,本文建立了基于HyperWorks的卡车车架有限元模型。其次,分别讨论了该车架静态时在纯弯曲工况和扭转工况下的静强度分析,进行了静态时的刚度分析。然后,对车架结构的静、动态特性进行深入研究,在经过实验和分析的基础上,确定了有限元模型是准确的;最后,本文提出了基于灵敏度方法的结构轻量化的具体方案,使得质量成功下降了240kg。本文解决了解决了以往本领域研究中轻量数据不精确的问题,为进一步研究提供了基础。结构拓扑优化也是本文的重要部分之一。结构拓扑优化是一门新兴的工程技术,并且已经取得了一定的成功。本文首先根据实际尺寸和边界条件创建了三维拓扑优化模型。然后采用变密度法,针对同一模型进行了多次的迭代计算,最终得到了优化模型。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
致谢  8-14
第一章绪论  14-20
  1.1 引言  14-15
  1.2 研究的背景和意义  15
  1.3 有限元法在汽车设计中的应用  15-17
  1.4 国内外轻量化研究的现状  17-18
  1.5 课题来源与研究内容  18-20
第二章车架的制造工艺与设计  20-27
  2.1 汽车车架制造工艺及材料  20-21
  2.2 车架的结构设计  21-26
    2.2.1 车架的结构形式  21-22
    2.2.2 纵梁与横梁的布置  22-23
    2.2.3 车架的载荷分类  23-24
    2.2.4 车架的计算  24-26
    2.2.5 车架的刚度校核  26
    2.2.6 车架的扭转刚度  26
  2.3 小结  26-27
第三章车身有限元法及软件介绍  27-33
  3.1 有限元法概述  27
  3.2 有限单元法基本理论  27-30
    3.2.1 线弹性体静力学问题  27-29
    3.2.2 收敛条件  29-30
    3.2.3 单元分析及整体方程求解  30
  3.3 板壳单元在车架有限元分析的应用  30-31
  3.4 相关工具软件简介  31-33
    3.4.1 HyperWorks 介绍  31-32
    3.4.2 ANSYS 介绍  32-33
第四章车架有限元模型的建立  33-39
  4.1 车架结构几何模型的建立  33-34
  4.2 车架有限元模型的建立  34-38
    4.2.1 几何模型的简化  34-35
    4.2.2 车架材料属性、单位制及载荷  35-36
    4.2.3 螺栓及焊接的模拟  36-37
    4.2.4 中面的抽取  37-38
  4.3 本章小结  38-39
第五章静力计算和实验对比分析  39-50
  5.1 计算工况的确定  39-40
  5.2 典型工况分析及结果  40-46
    5.2.1 水平弯曲工况  40-43
    5.2.2 极限扭转工况  43-46
  5.3 静态实验及评析  46-49
    5.3.1 实验方法及结果  46-48
    5.3.2 实验结果分析  48-49
  5.4 小结  49-50
第六章车架静态结构轻量优化中的灵敏度应用  50-62
  6.1 结构灵敏度分析简介  51-52
  6.2 灵敏度分析的理论基础  52-54
    6.2.1 固有频率对设计变量的灵敏度  52-53
    6.2.2 壳单元的静态应力灵敏度  53-54
  6.3 灵敏度分析在有限元中的实现  54-55
  6.4 灵敏度计算  55-61
    6.4.1 计算变量的确定  55-56
    6.4.2 计算结果及分析  56-60
    6.4.3 轻量实施方案  60-61
  6.5 小结  61-62
第七章车架的拓扑优化设计  62-70
  7.1 Altair OptiStruct 简介  62-64
    7.1.1 OptiStruct 结构优化方法简介  62-63
    7.1.2 拓扑优化流程  63-64
  7.2 主车架拓扑优化  64-70
    7.2.1 拓扑模型的建立  64-66
    7.2.2 拓扑优化计算及结果  66-70
第八章总结与展望  70-72
  8.1 总结  70
  8.2 展望  70-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的学术论文  75
攻读硕士学位期间参与的科研项目  75-76

重型卡车车身灵敏度分析研究与拓扑优化设计

内容摘要

全文目录

相似论文