卡車(chē)車(chē)架靜動(dòng)態(tài)特性分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法研究.pdf

1、車(chē)架作為卡車(chē)的主要承載部件，連接和支撐著各總成，承受著外界施加的各種載荷。因此，其性能的好壞直接關(guān)系到整車(chē)設(shè)計(jì)的成敗。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展、數(shù)值分析理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的完善，利用有限元的方法對(duì)車(chē)架的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)車(chē)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為提高整車(chē)各項(xiàng)性能、降低設(shè)計(jì)與制造成本、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。車(chē)架結(jié)構(gòu)的靜動(dòng)態(tài)特性分析已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，但結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)還停留在僅考慮單工況單目標(biāo)的階段。卡車(chē)車(chē)架承受載

2、荷繁多、典型工況復(fù)雜、性能要求嚴(yán)格，過(guò)于簡(jiǎn)單的優(yōu)化模型不能準(zhǔn)確地描述符合工程實(shí)際的優(yōu)化問(wèn)題。同時(shí)，拓?fù)鋬?yōu)化、形狀優(yōu)化和尺寸優(yōu)化雖然已經(jīng)廣泛用于車(chē)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，但綜合使用各種優(yōu)化方法的研究較少。
　　本文首先合理簡(jiǎn)化了車(chē)架的邊界條件及承受的載荷，利用有限元軟件Hyper Works建立了原車(chē)架的有限元模型，選擇了卡車(chē)車(chē)架最為典型的四種工況進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。分析結(jié)果表明:原車(chē)架靜態(tài)強(qiáng)度、剛度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，并有較大安全裕度，存在輕量

3、化設(shè)計(jì)的空間;原車(chē)架在自由狀態(tài)下前三階非零固有頻率處于路面載荷激振頻率范圍內(nèi)，容易發(fā)生共振，不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。針對(duì)原車(chē)架模態(tài)頻率處于共振頻率范圍的缺陷，提出了符合車(chē)架實(shí)際工作情況的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化方案。利用折衷規(guī)劃法和平均頻率公式分別建立了以多工況剛度最大和前三階非零固有頻率最大為目標(biāo)的多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型。利用多級(jí)容差序列法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了分級(jí)處理，討論了容差系數(shù)選取的不同對(duì)各級(jí)目標(biāo)函數(shù)及車(chē)架最終拓?fù)錁?gòu)型的影響。優(yōu)化結(jié)果表明：①平

4、均頻率目標(biāo)函數(shù)和柔度目標(biāo)函數(shù)是相互制約的，柔度目標(biāo)函數(shù)變優(yōu)會(huì)導(dǎo)致平均頻率目標(biāo)函數(shù)變差；②選取較小容差系數(shù)時(shí)，第一級(jí)目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化效果顯著;反之，第二級(jí)目標(biāo)的優(yōu)化效果則更顯著；③容差系數(shù)取值的不同會(huì)影響車(chē)架最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)型中橫梁的數(shù)目、形狀及相對(duì)位置。利用多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化得到車(chē)架構(gòu)型的前三階非零固有頻率能避開(kāi)共振頻率范圍。根據(jù)多目標(biāo)拓?fù)鋬?yōu)化的結(jié)果，參考同類(lèi)型車(chē)的設(shè)計(jì)方案，確定了新車(chē)架橫梁數(shù)目、形狀及相對(duì)位置;利用板殼單元建立了新車(chē)架的有限元模型，