结构优化设计在客车车身轻量化的运用

客车车身的轻量化不仅可以节省车辆的制造材料,还能在很大程度上增加车辆的流动性及经济性。本文充分阐述了客车车身轻量化的方法——结构优化设计。首先叙述该方法在客车车身轻量化中的应用历史和现状;然后简要介绍几种常见的结构优化技术;最后以典型客车车身构建为例,分析客车车身轻量化的过程。在以上论述中,本文对优化设计的关键性问题进行了分析研究,并对结构优化设计的未来发展进行展望和憧憬。     

基于SIMP理论的鞍座支架拓扑优化设计

以某型车辆鞍座支架为研究对象,针对其结构偏重的问题,采用拓扑优化的方法使其结构轻量化。采用基于SIMP的材料插值方法对鞍座支架进行静态强度下拓扑优化分析。然后基于拓扑优化后的模型对原有鞍座支架进行重新设计,采用有限元分析验证拓扑优化结果。结果表明,优化后的鞍座支架质量减轻了26.3%,优化后的结构强度和刚度都符合设计要求。     

基于应力特征的商用车前桥轻量化研究

以某型商用车前桥为研究对象,提出一种基于应力特征的轻量化研究方法。对前桥进行理论受力分析,从而确定有限元加载方式。建立前桥有限元模型,并对前桥典型工况进行静力学分析。结果表明,应力最大值低于材料屈服强度,因此存在轻量化空间;通过对前桥模态分析,证明了前桥动态特性的合理性。以前桥最大应力为约束进行拓扑优化,优化后模型在满足强度、刚度及模态要求下,减质3.4kg,实现轻量化。     

车载部件振动特性研究

针对车载部件疲劳失效、故障失效等问题,目前建立的动力学模型无法准确反映车载部件行驶中的特性。利用集中质量法,考虑车载部件本身的刚度,建立了整车及车载部件的十自由度动力学模型,利用MATLAB/Simulink对模型进行了仿真分析,得到了车载部件在行驶中的特性。分析结果表明：车载部件在车辆运行过程中的振动幅值比车身质心处的振动要小;对比车载部件的垂向振动特性以及车载部件侧向和纵向的振动特性,其垂向振动幅值远大于侧向和纵向的振动幅值,对车载部件在车辆行驶过程中的特性有一定的参考意义。     

汽车侧门下垂性数值模拟及优化分析

针对车辆轻量化设计出现的门下垂的问题,提出了分析方法和判断标准。以某款轻量化设计的轿车出现抗下垂性能降低的问题为例,提出了优化小板件厚度并结合灵敏度方法来补偿性能的降低,对优化后结构分析显示侧门的抗下垂性能得到改善,并保证了改进结构的质量增加为最小。     

改进型烟秆拔秆粉碎机机架轻量化设计

研制了一种集烟秆拔秆、输送、粉碎和收集作业为一体的改进型烟秆拔秆粉碎机,且机架是影响整机质量和功率消耗的关键部件之一。为减轻机架质量和分析其动态特性,以机架为研究对象,建立机架有限元模型并进行静应力分析。在有限元分析的基础上,采用拓扑优化和基于遗传算法的多目标优化方法对机架进行轻量化设计,并以机架轻量化设计后的参数进行样机试制和机架振动验证试验。结果表明:优化后机架质量减轻了18%,样机的振动幅值谱在83.894Hz或其倍频处达到峰值,且激振频率远低于样机1阶固有频率,轻量化设计后的样机不会发生共振,改进型烟秆拔秆粉碎机机架的轻量化设计结果合理。     

工业内窥镜弯角锁定装置的轻量化设计

为实现工业内窥镜在控制弯角时随转随停的功能,设计了弯角锁定装置并利用ANSYS软件进行静力学分析。结果表明,刚强度满足设计要求且可以继续优化。以最小质量为优化目标,对关键零部件外周圈单元进行轻量化设计,将优化后的模型再次进行静力学分析验证刚强度可行性,并对优化前后模型的静态特性对比分析。结果表明,优化后的模型质量减少了18.9%,最大应力和位移虽有些许的增加,但均在刚强度设计要求内,确定了拓扑优化的可行性。     

拖挂式大载荷特种车辆导航控制系统设计与试验

针对拖挂式大载荷特种车辆作业自动化以及高精度安全作业需求,以大载荷牵引车为对象,设计了一套拖挂式机组自主导航控制系统。车载程控系统采用模块化分布式系统,通过CAN总线实现系统内各模块间通信,远程运管平台与车载程控终端之间采用TCP协议进行数据通信,实现远程运管平台与车载程控系统间信息交互。建立拖挂式特种车辆的运动学模型,分析牵引作业时被牵引机具的牵引状态和最小转弯半径。针对传统纯追踪算法中固定前视距离缺陷,本文根据当前牵引车实时速度、追踪路径曲率、航向等信息动态计算前视距离,将固定前视距离改进为动态前视距离追踪,由单参数变为多参数进行优化控制参数,显著提高了轨迹追踪精度;使用随机森林算法对轨迹追踪数据进行特征提取,根据各个特征重要性指标权重,修改算法参数。在试验场地为水平倾斜度最大为2°的空旷的水泥跑道上,牵引车质量2t,被牵引机具质量10t、长22m,且牵引机组设计要求最大行驶速度为6km/h、最大横向偏差为50cm。根据复杂路径试验与数据分析,系统纠偏响应时延最大为84ms,牵引机组绝对横向误差最大为37.14cm,平均绝对误差为14.91cm,满足大载荷拖挂作业中的实际应用要求。     

机械臂轻量化设计方法研究

基于有限元方法对机械臂结构进行轻量化设计研究,对比不同优化方案的效果,并从模态、强度二方面对优化结构进行有效性验证。首先建立了机械臂结构的几何模型,对初始几何模型进行静强度分析,在此基础上进行轻量化方法研究,重点对比了两种不同优化方案的轻量化效果以及强度结果,最后对较优方案的设计模型进行模态分析,验证其动态特性。结果表明,两种优化设计方案均有较好的轻量化效果,较原始模型减重35%左右,其中基于变形最小化的优化模型结构更为合理,具有更好的结构强度,且动态特性满足设计要求。     

基于拓扑优化的某越野车拖车钩底座的轻量化设计

针对某越野车拖车钩底座质量过大的问题,利用有限元分析和拓扑优化进行轻量化设计。首先对拖车钩底座进行应力应变分析,结果显示最大应力远小于底座的抗拉强度,证明轻量化设计的可行性。然后进行拓扑优化,将优化后的结果进行曲线拟合,形成规则优化边界。将优化后的结果再次进行CAE分析,结果表明拖车钩底座在优化后最大应力与优化前有大幅度的降低,满足可靠性要求,质量减轻实现轻量化目标。     

铰接式客车车身骨架轻量化研究

对某18 m低入口后置铰接式城市客车车身进行有限元分析获得车身强度分布情况,在此基础上,采用正交法和交互调整相结合的方法对车身骨架进行轻量化改进设计。对重要构件安排正交计算,进行不同工况水平下的多次计算,以轻量化为目标确定最佳的改进方案,对强度、刚度影响小的构件,则直接进行改进。优化后的轻量化模型满足客车的强度、刚度要求,且轻量化效果显著,为铰接式客车车身骨架的轻量化设计提供了参考依据。     

某非平衡桥式多轴车辆的平顺性分析和优化

为解决某非平衡桥式三轴特种车辆的轴荷分配问题和提高该车辆的平顺性,通过与普通平衡悬架多轴车辆的比较分析,建立了车辆的数学模型并提出了非平衡桥式三轴车辆轴荷计算的方法,为平顺性建模仿真分析提供理论基础。用多体动力学方法建立包括整车、轮胎和路面的多体动力学模型,并在此基础上进行参数化设计仿真和随机路面输入条件下的仿真分析,提出了非平衡桥式三轴车辆的平顺性的分析计算和优化方法。对非平衡桥式多轴车辆的轴荷分配布置和整体平顺性设计有参考意义。     

电动客车车架等寿命轻量化研究综述

对国内外电动客车车架等寿命轻量化技术的研究现状进行阐述,并指出了在现今研究中的不足和问题。提出车架等寿命模型,基于有限元分析结果在疲劳分析软件中求解疲劳寿命,基于等寿命模型的轻量化分析来减轻车架质量。最后集成CAD工具、有限元应力和变形分析、疲劳寿命分析及电动客车架多学科优化模型,反复优化直到目标收敛的分析方法,得到集成轻量化方法。     

某汽车前轴轻量化及有限元分析

为研究汽车前轴轻量化方案以达到轻量化的目的,首先利用有限元分析软件ANSYS Workbench对汽车前轴在制动工况及动载工况下的受力进行分析,得出前轴应力分布情况。其次,根据应力分布情况对汽车前轴进行轻量化设计。最后对优化后的方案进行上述两种工况的有限元分析,并对优化前后前轴应力及重量进行对比,确定最终轻量化方案。     

CAN总线协议自适应算法研究

为提高环境空气质量,减轻重型柴油车排放尾气对大气的污染,重型柴油车后处理系统功能和配置不断改进,整车通信网络也不断升级优化,导致车辆多通道CAN通信参数包括波特率和通信协议类型存在差异,加装的OBD车载终端与车辆CAN总线适配困难。针对此类问题,提出一种CAN总线协议自适应算法,该算法通过波特率自动识别和特征字识别对CAN总线协议进行精确辨别,应用于OBD车载终端,实现对重型车不同通道CAN总线上通信协议类型的自动识别。通过模拟实验和实车测试从不同角度进行验证分析,实验结果表明,应用CAN总线协议自适应算法的OBD车载终端对车辆常用CAN总线协议有较高的识别率和准确率,能高效自动识别车辆各通信参数,实现与车辆高效匹配连接并进行稳定的数据传输。     

设施蔬菜秸秆还田装备支架拓扑优化及分析

为降低设施蔬菜秸秆还田装备连接件支架的质量,对支架的形状和结构进行必要优化,利用ansys workbench中Shape Optimization模块对支架进行形状拓扑优化分析,求解出支架体积多余部分并适当删减多余部分,同时,对支架拓扑优化前后进行对比,最终结果表明:支架优化后体积减少22.6%并且强度几乎没有降低,达到了轻量化设计之目的,为相关零部件的设计分析提供参考。     

基于变密度法的约束阻尼结构拓扑优化研究

约束阻尼结构拓扑优化是轻量化设计要求下实现噪声与振动控制的关键技术。采用有限元方法建立约束阻尼结构的动力学有限元模型。基于实体各向同性材料惩罚(SIMP)插值方法,以模态损耗因子最大化为目标,约束阻尼材料用量为约束,构建约束阻尼结构的拓扑优化模型。利用伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,通过优化准则法对优化模型进行求解。数值结果表明:优化后约束阻尼板结构的模态损耗因子提高比基本在50%以上,且振动振幅值有明显抑制。     

基于ANSYS的拖拉机下拉杆拓扑优化设计及模态分析

为了提高拖拉机下拉杆的轻量化水平及分析其固有频率,利用SolidWorks三维实体建模软件建立下拉杆的三维模型,将建立好的模型导入有限元分析软件ANSYS中,建立下拉杆有限元模型,对其进行稳定载荷下的静力学分析,得出其位移、应力和应变的分布情况。以此结果为基础,进行拓扑优化设计,并对优化前后的强度进行对比。结果表明:优化后的强度满足要求,下拉杆质量较之前减轻了29.2%,轻量化效果明显。最后对优化的下拉杆进行模态分析,保证其工作可靠。     

丘陵山地拖拉机前驱动桥壳组件轻量化设计与试验研究

为适应丘陵山地道路条件差、田块小且分散等情况,本文进行丘陵山地拖拉机轻量化研究.以拖拉机前驱动桥壳组件为对象,首先利用该组件三维模型,进行有限元静力学分析,结果发现组件强度和刚度有较大的余量;其次以组件质量、变形量最小为优化目标进行轻量化设计,轻量化后组件质量减轻7.7％,变形量增加5.5％,轻量化后桥壳组件满足强度和...     

基于ADAMS的某4×4车辆振动响应仿真

4X4装甲车辆作为一种特种车辆,在设计时不但要考虑普通车辆考虑的振动问题,还需要考虑在遭受打击和车载武器开火情况下的振动问题。为此采用SolidWorks软件建立了简化的某4×4装甲车辆车体三维模型,导入ADAMS仿真软件中,添加车辆悬挂装置的弹簧原件和阻尼原件,并分别确定刚度和阻尼。进行仿真实验,模拟了车辆正面遭受炮击情况以及对侧面开火情况下的车身振动响应。随后进行了发动机启动、崎岖路面行驶的振动仿真实验。仿真结果表明装甲车辆在遭受炮击和开火状态下,乘员所处位置的振动加速度极大,需要设计专用的减震装置。