大客車車身骨架結構拓撲優(yōu)化設計.pdf

1、客車的主要承載結構是車身骨架，在保證剛度和強度的前提下減輕車身骨架的重量對整車性能的提高有著重要的意義。 拓撲優(yōu)化是近年來結構優(yōu)化研究領域中的前沿課題和熱點問題，也是結構優(yōu)化中的重點和難點。本文首先論述了拓撲優(yōu)化和車輛結構輕量化研究的重要性及國內外研究概況，分析了拓撲優(yōu)化和車輛結構輕量化的發(fā)展趨勢，探討了國內在這方面研究與國外的差距，提出了應用拓撲優(yōu)化方法對大客車車身骨架進行輕量化設計的構想。 然后對結構尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)

2、化和拓撲優(yōu)化方法進行了理論分析；討論了變厚度法、均勻化方法和變密度法等拓撲優(yōu)化在工程中的實現(xiàn)方法；研究了遺傳算法、優(yōu)化準則法、數學規(guī)劃法以及拉各朗日乘子法等拓撲優(yōu)化的數學算法，并確定用變密度法進行拓撲優(yōu)化。 在此基礎上以結構的柔度最小為目標，優(yōu)化后的體積為約束，建立了基于變密度法的大客車車身骨架拓撲優(yōu)化的數學模型。然后建立了大客車車身骨架的拓撲優(yōu)化模型，利用HyperWorks系統(tǒng)對大客車車身骨架進行了拓撲優(yōu)化設計。通過分析拓撲

3、優(yōu)化結果得到了一些重要的結論。在此基礎上結合車身骨架的制造工藝根據可制造化處理原則對拓撲優(yōu)化結果進行了可制造化處理，得到一個新的大客車車身骨架。 隨后對可制造化處理后的新車身骨架進行了性能分析。本文建立了新的大客車車身骨架基于全板殼單元的有限元計算模型，對該新車身骨架在彎曲工況和彎扭組合工況下進行了有限元分析，求得了兩種工況下車身骨架的整體應力分布及其變形情況。最后對新車身骨架進行了模態(tài)分析。 計算結果顯示，新大客車車身

4、骨架相對原車身骨架質量減少約37％，取得了較好的輕量化效果。而且在彎曲工況和彎扭組合工況下的最大應力分別相對于原車身骨架有了很大的降低，同時模態(tài)分析顯示新車身骨架的模態(tài)也符合要求。從而進一步說明了拓撲優(yōu)化設計的準確性、可靠性及現(xiàn)實意義。 本文的研究成果不僅可以為企業(yè)的產品設計、改造和優(yōu)化提供實際的參考和指導，解決企業(yè)的實際問題，更重要的是說明了如何利用拓撲優(yōu)化方法對典型大客車車身骨架進行輕量化設計，同時對其它產品輕量化設計提供了