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基于传递功率流目标的复杂车架结构拓扑优化设计
| 论文题名： | 基于传递功率流目标的复杂车架结构拓扑优化设计 |
| 关键词： | 功率流;车架结构;动态特性;振动能量;目标函数;拓扑关系 |
| 摘要： | 随着现代工业设备不断向着高速、轻质、低能耗和高性能的方向发展，以及人们对于环境舒适性要求的提高，车辆的振动与噪声已成为一个热点问题。车架是联接驾驶室、发动机、变速箱、传动系统等各重要部件的承载基体，车架的结构设计不仅关系到车辆的工作可靠性，对车辆的振动特性也有关键性的影响。本文以某型推土机的驾驶室减振降噪问题为背景，探讨了从振动能量传递角度、以振动功率流为目标函数的车架结构优化设计问题，研究了车架的拓扑结构及其上面安装零部件的位置等对驾驶室隔振效果的影响，以及通过对车架拓扑结构的合理优化来改善整车结构的动态特性并提高工程车辆的性能与舒适性。 首先，建立了车架—驾驶室复杂系统的动力学模型，根据导纳分析原理和四端参数法推导了振源激振力和驾驶室在各支承输出激振力的传递关系，建立起从激振力到输出功率流的系统动力传递矩阵，进而得到输出功率流的计算公式，并对建立的车架—驾驶室的理论模型进行验证，得到车架结构的振级落差曲线，证明理论模型建立的正确性。 其次，在ANSYS中建立车架—驾驶室复杂系统的三维有限元模型，对其进行动特性分析，得到了车架的固有频率，并对其振动特性进行了分析，为推土机结构零部件设计提供了几种新的优化设计策略方案。根据谐响应数据计算出复杂结构导纳矩阵中的各元素，并将其组装成矩阵，为传递功率流的计算以及系统减振设计的评价奠定基础。 最后，探讨了基于传递功率流目标的车架结构拓扑优化问题:其一是在基于HyperWorks软件的车架拓扑优化设计中，同时考虑这种优化结果对系统功率流传递特性的影响，即兼顾车架结构的宽频带振动特性方面的要求;其二是探讨建立以传递功率流作为优化目标函数的车架—驾驶室的结构动态优化设计策略，即通过子结构的有限元建模和动特性分析拟定初步的结构改进方案，而后通过对车架结构修改前后的传递功率流频谱的对比分析，得出比较可行的动态特性优化方案。 |
| 作者： | 王强 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 霍睿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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