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某型自卸车车架结构优化与轻量化设计

付江  
【摘要】:车架作为自卸车车体及货物的重要支撑部件,其结构的好坏直接影响车辆的使用安全性与载重量。本文以跃进工程车旗下一款4.2m兼用型自卸车车架为研究对象,利用HyperWorks软件对原车架进行静力学分析与模态分析,基于变密度法对原车架进行二维拓扑优化,获得优化后的车架结构,实现结构优化与轻量化,并开展静力学分析、模态分析校核。本文主要研究内容如下:(1)建立原车架的有限元模型,选择弯曲、扭转、制动、转向和举升0°角五种典型工况,施加相应约束,并依据自卸车的各部件重量和额定载质量施加载荷,进行分析求解,得出原车架各工况下的应力与位移分布规律。选择自由模态分析法,对车架进行动态特性研究,分析原车架的结构问题。(2)建立车架二维拓扑优化模型,以最小车架柔度为目标,体积比为约束,在弯曲、扭转第一、扭转第二、举升0°角四个典型工况下对车架进行二维拓扑优化,分别得到各工况下密度分布图与目标函数迭代过程,获得车架各横梁结构的最佳分布。(3)依据原车架静力学分析、模态分析和二维拓扑优化分析结果,提出原车架的结构优化与轻量化设计方案,建立优化后车架的三维模型。对优化后车架进行静力学分析和模态分析,得出优化设计分析结果。将优化前后的车架分析结果进行对比,分析优化后车架的强度、刚度、重量等指标设计依据。结果表明,在保证强度的情况下,优化后车架结构更加合理,总质量减少。举升0°角工况下的最大应力大幅度减少,降低了车架疲劳破坏的风险,第7阶模态频率提升,减少了与地面的共振现象,提升了车架动静态性能,为相关自卸车车架的结构优化与轻量化设计提供了依据。