重型专用车车架轻量化结构优化设计 成耀 龙.pdfVIP

维普资讯 ． … … … 一 一 婴窭● 重型专用车车架轻量化结构优化设计 成耀龙 马 力 王 皎 武汉理工大学 湖北武汉 430070 摘 要 ：采用有限元法结合数学规划法对重型专用车车架进行 了轻量化结构优化设计 。该优化模型以车 架的总重量最小为优化 目标 ，以纵梁各段的板厚为优化设计变量，而以车架 的强度值作为优化状态变量进行 优化 ，并对优化后的模型进行刚度校核，最终得到的车架结构在满足强度和刚度要求的前提下，与原结构相比 重量减轻 约 13 ，取得 了较好的轻量化效果 。 关键词：有限元法 优化设计 轻量化 车架 中图分类号：TP391．72；U463．32 文献标识码 ：A 文章编号：1004—0226(2006)02—0029—04 Structureoptimum designbasedlightweighton specialheavyvehicleframe CHENG Yao-longetal Abstract Thispapersummarized structureoptimum design basedlightweightonspecialheavy vehicle framebyFEM andmathematicsoptimizationmethod．Theoptimum designusedminimum framemassasopti mizationobject，shellthicknessoflongitudinalbeam asdesignvariable，framestrengthasstatevariabletoop timize．Modelstiffnesswascheckedoutafteroptimization．Thefinaloptimizationwithsatisfyingtheneedof thestrengthandstiffnessreduced13 weightcomparedwithorigin． Keywords FEM ；Optimum design；Lightweight；Frame 车辆轻量化是减少原材料的消耗 、降低车辆的 重型专用车通常采用边梁式车架结构 ，影响车 生产成本、减少排放 的最有效措施之一 。对于特种 架重量的主要 因素为结构参数 ，如车架 的几何尺寸 重型专用车 ，车架 自重和其所 占整车重量 比例均较 和板壳厚度。如果 以结构参数 X一{32， ，…， 大。因此减轻车架 自重对车辆轻量化研究具有重要 为设计变量 ，以车架结构重量 厂(X)为优化 目标 ，则 的意义。减轻车架 自重一般有两种途径 ：一是从新 车架轻量化结构优化设计数学模型一般可表示为 ： 材料人手，采用轻金属或现代复合材料u等低密度 求 x一 {231，2，…，z} 32mⅥ≤ ‘≤∞… 材料制作车架，以减轻结构重量 ；二是从优化设计人 手，对现有钢结构车架进行结构优化设计 ，在保证承 使 rain (X) (1) 载能力和可靠性的前提下减轻其质量 。前者轻量化 满足 g(X)≤0 一 1，2，…，忉 效果明显，减重幅度 比较大 ，但具有研发成本高，工 h，(X)= 0 一 1，2，… Z 艺复杂等困难；后者成本低容易实现 ，如果方案得 当 式中，g (X)为不等式约束 函数 ，h(X)为等