收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于等效静态载荷和响应面法的搅拌车副车架疲劳设计

贺新峰  
【摘要】:疲劳破坏是机械零部件早期失效的主要形式。随着现代机械向高速和大型化方向发展,许多零部件在高温、高压、重载和腐蚀等恶劣工况下运行,并且疲劳破坏的产生具有隐蔽性和突发性,难以早期发现。使得疲劳破坏事故层出不穷,对生命和财产造成了很大的危害。 近年来,随着大规模的基础设施建设,搅拌车在工程建设中发挥着极其重要的作用,它的疲劳破坏问题也受到各大厂商的较大重视。针对搅拌车副车架在实际使用中容易发生断裂或疲劳寿命远远大于设计要求疲劳寿命的问题,本文结合工程实际问题,采用等效静态载荷法、动态拓扑优化、响应面法以及6σ稳健优化设计对搅拌车副车架的疲劳设计进行了深入的研究。 主要研究工作如下: (1)建立了简化的搅拌车仿真模型。在该模型中轮胎、钢板弹簧用具有一定刚度和阻尼的弹簧替代,发动机、驾驶室、搅拌车罐体以及其它与搅拌车副车架没有直接联系的结构以非结构质量的形式附加到搅拌车仿真模型上。采用该简化模型对搅拌车副车架进行性能分析优化设计,能在保证计算精度的同时,提高计算效率、缩短设计周期。 (2)对搅拌车进行了有限元分析以及疲劳寿命预测。依据国标中对路面不平度的表示规定,采用Matlab软件生成搅拌车在较差路面上行驶时的路面谱,将生成的路面谱加载到搅拌车仿真模型上进行瞬态响应分析,得到搅拌车在路面谱单独作用下的副车架应力分布。在重力单独作用下进行静态分析,得到搅拌车静止时的副车架应力分布。从应力的分布图中可以看到搅拌车副车架上的应力分布极为不均匀,造成了副车架局部寿命过短。选取搅拌车副车架上疲劳寿命最短位置作为关键点,采用Miner法则计算得到该点的疲劳寿命,为搅拌车副车架的进一步优化设计提供指导和依据。 (3)针对搅拌车副车架结构设计不合理,导致副车架疲劳寿命分布极其不均匀的问题,在搅拌车副车架设计初期,将动态拓扑优化引入疲劳设计。把副车架横梁分布区域作为设计空间,以副车架横梁分布空间的材料体积分数上限为优化约束,以副车架纵梁的应力最小为优化目标进行拓扑优化设计。该方法将副车架结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求材料的最优分布问题,从而使结构应力分布相对均匀,达到提高疲劳寿命的目的。通过对搅拌车副车架进行动态拓扑优化,获得疲劳寿命分布相对均匀的结构,关键点疲劳寿命由优化前的8.0E5提高到6.5E6。为进一步的优化设计奠定了基础。 (4)针对动态拓扑优化存在灵敏度分析困难、动态约束难以处理以及动态优化软件开发较复杂等问题,将等效静态载荷法与动态拓扑优化法相结合,去除动态载荷中的时间因素,将动态拓扑优化转换为多工况的静态拓扑优化,采用理论和实践应用都很成熟的静态拓扑优化法对搅拌车副车架进行拓扑优化,避免了动态拓扑优化中存在的问题,简化了动态拓扑优化,提高了优化设计的效率。 (5)针对疲劳寿命优化设计问题计算时间长的问题,将响应面法应用到疲劳寿命设计中,用响应面模型替代复杂的、具有大量自由度的结构疲劳寿命数值仿真模型。结合有限元分析、试验设计、响应面法以及优化算法建立副车架的疲劳寿命优化设计模型。对搅拌车副车架的优化结果表明,应用响应面法能有效提高优化问题求解效率,适合于复杂结构疲劳设计问题的求解。 (6)针对结构疲劳寿命离散性较大的问题,将6σ稳健优化设计方法引入疲劳设计中。结合响应面法、稳健设计和优化设计提出了基于响应面的疲劳寿命6σ稳健优化设计,该方法考虑了疲劳寿命的离散性,使疲劳寿命在满足可靠性的基础上,疲劳寿命的平均值与方差减小。避免了疲劳寿命较大过剩,达到减小材料消耗,提高搅拌车经济性的目的。通过对副车架的优化设计,副车架上关键点处疲劳寿命的对数平均值与对数设计寿命的差值、对数方差以及副车架质量都有不同程度的减小。 本文围绕结构容易发生疲劳破坏及疲劳寿命过剩的问题,以国内的一款搅拌车为实例,进行了搅拌车副车架的疲劳设计。从搅拌车简化模型的建立、副车架关键点疲劳寿命预测、副车架动态拓扑优化以及6σ稳健设计等方面进行了系统的研究,研究方法和结论对机械零部件的疲劳设计具有重要的工程指导价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李学修;黄虎;刘长虹;;拓扑优化方法在轻卡车身结构改进中的应用[J];上海工程技术大学学报;2007年01期
2 康金春;;沥青混合料空隙率拓扑优化研究[J];辽宁师专学报(自然科学版);2010年02期
3 谭中富,孙焕纯;空间桁架结构拓扑优化设计的线性规划方法[J];工程力学;1992年04期
4 宫赫,朱兴华,朱东;拓扑优化在骨结构模拟中的应用[J];吉林工业大学自然科学学报;2000年02期
5 徐斌,吴克恭,姜节胜;桁架结构动力学拓扑优化设计解的存在性探讨[J];机械科学与技术;2002年04期
6 夏利娟,吴嘉蒙,金咸定;工程结构的拓扑优化设计研究(英文)[J];船舶力学;2002年06期
7 左孔天,陈立平,钟毅芳,王书亭,张云清;基于人工材料密度的新型拓扑优化理论和算法研究[J];机械工程学报;2004年12期
8 柯曾言;;某型飞机的某零部件优化设计分析[J];洪都科技;2005年04期
9 陈茹雯;李守成;吴小平;;基于有限元法的拓扑优化技术在某军车车身骨架设计中的应用研究[J];汽车工程;2006年04期
10 刘英舜;高明太;刘光华;;某卡车驾驶室拓扑优化设计[J];拖拉机与农用运输车;2006年06期
11 朱军祚;王正中;方寒梅;孙丹霞;谌磊;;拓扑优化在大型弧形钢闸门优化布置中的应用[J];人民黄河;2007年06期
12 王伟;;机翼结构拓扑优化的一种新渐进结构优化方法[J];飞机设计;2007年04期
13 葛文杰;黄杰;杨方;;拓扑优化技术及其在汽车设计中的应用[J];机床与液压;2007年08期
14 周星亮;黄妙华;;车身骨架结构拓扑优化设计综述[J];北京汽车;2008年04期
15 周星亮;黄妙华;;车身骨架结构拓扑优化设计综述[J];城市车辆;2008年07期
16 周星亮;黄妙华;;车身骨架结构拓扑优化设计综述[J];轻型汽车技术;2008年Z2期
17 边炳传;隋允康;李善坡;;拓扑优化在变压器吊耳设计中的应用[J];力学与实践;2008年05期
18 于多年;王登峰;汪振华;王建勇;;基于拓扑优化的重型货车驾驶室轻量化技术研究[J];汽车技术;2009年09期
19 沈安林;肖守讷;;车体结构多目标拓扑优化设计探讨[J];铁道机车车辆;2011年03期
20 康元春;刘溪明;焦云山;;基于拓扑优化的六缸发动机缸体轻量化研究[J];汽车零部件;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郭能;周友国;雷刚;王伦;;重型汽车变速箱箱体拓扑优化[A];2010重庆汽车工程学会年会论文专辑[C];2010年
2 牛东振;赵雅欣;晏明生;朱胜利;;飞机地板支持结构优化设计研究[A];探索 创新 交流(第4集)——第四届中国航空学会青年科技论坛文集[C];2010年
3 李杰;刘威;卫书麟;;生命线工程网络抗震拓扑优化研究[A];第三届全国城市与工程安全减灾学术研讨会论文集[C];2010年
4 刘易军;宫赫;董欣;朱东;孟广伟;;基于骨重建理论及拓扑优化思想的胫骨上端模拟[A];第八届全国生物力学学术会议论文集[C];2006年
5 冷国俊;;大型反射面天线机电场耦合模型及其在65m口径天线设计中的应用[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年
6 袁大义;;优化设计在壳体结构设计中的应用[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
7 罗超;王琮;任翠青;秦立成;;大型起重船臂架结构拓扑优化设计研究[A];2009年度海洋工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
8 何建军;姜节胜;;连续体结构动力学拓扑优化的一种混合方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
9 叶红玲;隋允康;;ICM结构拓扑优化方法中过滤函数的探讨[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
10 沙巍;陈长征;;基于OptiStruct的次镜组件柔性铰链[A];结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009(CSMO-2009)论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓明;特定功能结构的拓扑优化[D];大连理工大学;2010年
2 胡三宝;多学科拓扑优化方法研究[D];华中科技大学;2011年
3 李顺利;无网格自然邻接点Petrov-Galerkin法及其在结构分析和拓扑优化中的应用[D];湖南大学;2011年
4 徐胜利;基于拓扑优化的结构刚度和渗流多功能材料设计[D];大连理工大学;2010年
5 陈志敏;基于文化基因算法的拓扑优化方法及其关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
6 陈志敏;基于文化基因算法的拓扑优化方法研究[D];华中科技大学;2010年
7 李冬梅;多场耦合及多相材料的柔顺机构拓扑优化研究[D];华南理工大学;2011年
8 左孔天;连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D];华中科技大学;2004年
9 刘国梁;不确定性结构分析及拓扑优化研究[D];西安电子科技大学;2013年
10 葛培明;改进的遗传算法及其在工程优化中的应用[D];西南交通大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卞钢;船体结构强度有限元分析与优化[D];大连理工大学;2005年
2 王明明;铝合金汽车轮毂结构设计及优化[D];吉林大学;2011年
3 朱润;静力载荷下板壳结构的拓扑优化[D];北京工业大学;2011年
4 桑韧;平面连续结构拓扑优化的GA-FE方法研究[D];南京航空航天大学;2003年
5 陈茹雯;某军车车身有限元分析及拓扑优化[D];南京理工大学;2004年
6 汪海滨;Level set算法及其应用[D];西北工业大学;2006年
7 李永奇;扭转问题的求解及扭杆横截面拓扑优化[D];西北工业大学;2005年
8 贺新峰;基于等效静态载荷和响应面法的搅拌车副车架疲劳设计[D];湖南大学;2012年
9 兰倩;厚筏与地基非线性相互作用数值分析及拓扑优化[D];兰州理工大学;2004年
10 曾庆强;结构拓扑优化中若干问题的研究[D];大连理工大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王小荣;上海:严禁搅拌车司机超负荷工作[N];中华建筑报;2009年
2 本报记者 邵鹏飞;奥威搅拌车 高效赢市场[N];中国商报;2010年
3 本报记者 冯济武 通讯员 张莉;三一砂浆搅拌车获高铁施工绿色通行证[N];中国工业报;2009年
4 记者 孟凡彦 通讯员 李戈宁 白云飞 关宝纯;我搅拌车出口巴基斯坦[N];中国国门时报;2003年
5 记者 白续宏;我省首台自制搅拌车昨日下线[N];山西日报;2011年
6 本报记者 高雁 李斌 通讯员 胡宗和;13天11起事故致12人死亡[N];中国安全生产报;2009年
7 王海科 黄群;执法局的小小发明让搅拌车不再“漏嘴”[N];中国建材报;2007年
8 杨柳;柳工环保节能型搅拌车研发成功[N];中国建材报;2010年
9 夏鸣奇;华建公司转“机”建“制”转出新局面[N];中国工业报;2010年
10 王学勤;用品质与服务托起品牌[N];经济日报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978