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《湖南大学》 2017年
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基于SIMP理论的矿用车驾驶室拓扑优化设计

冯子农  
【摘要】:矿用自卸车较容易发生翻车事故,在驾驶室发生侧翻事故情况下,会受到巨大的侧向冲击,导致驾驶室骨架结构发生变形甚至破坏,对乘员生命造成威胁。如果驾驶室结构设计不合理,一旦发生事故将对乘员的生命造成极大的威胁。拓扑优化设计改变了传统结构设计中反复设计、校核、修改的流程,节约了时间,提高了设计效率。而连续体结构拓扑优化理论研究和应用是当前的一个研究热点,特别是在汽车结构的优化领域。本文针对某公司的自卸车驾驶室,颠覆传统的结构设计进行驾驶室的概念拓扑优化设计,引入基于变密度法的拓扑优化理论对矿用自卸车驾驶室进行多目标拓扑优化设计。基于Hypermesh中的OptiStruct优化模块的变密度法,运用折衷规划法定义同时满足静态多工况下刚度最大和一阶固有频率最大的多目标优化数学模型,经过优化得到满足要求的最优结构布局,其主要内容如下:(1)首先对驾驶室拓扑优化设计区域进行划分,包括设计区域与非设计区域;然后依据驾驶室载荷工况的加载情况建立拓扑优化数学模型,包括单工况下的刚度及固有频率的优化模型,接着在OptiStruct优化模块中进行单工况下的驾驶室拓扑优化设计以及运用折衷规划法进行静态多工况下的多目标拓扑优化设计。(2)在多目标拓扑优化的基础上,选取驾驶室各部件的板厚作为设计变量,利用选取的设计变量构建近似模型,验证模型的精度;接着利用Isight进行设计变量的灵敏度分析,筛选出对响应影响较大的变量作为进一步优化的设计变量;最后基于遗传算法进行驾驶室的多目标尺寸优化设计,根据企业要求选择Pareto最优解。(3)针对多目标拓扑优化后的新旧驾驶室的性能进行了仿真对比,包括驾驶室的侧向吸能、侧向变形、模态振型等。通过对比发现经过拓扑优化的驾驶室其性能有一定的提升,对进行驾驶室概念设计的工程设计人员来说具有一定的参考价值。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD50

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【参考文献】
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