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电动轮矿用车车架有限元分析及轻量化设计
| 论文题名： | 电动轮矿用车车架有限元分析及轻量化设计 |
| 关键词： | 电动轮矿用车;车架结构;轻量化设计;应力集中;模态分析;有限元分析 |
| 摘要： | 本文以国内某定点电动轮矿用自卸车生产企业的某型号矿用车车架为研究对象，理论联系实际，对车架进行了静力学和动力学的计算分析。计算结果表明车架的静态力学性能和动态特性都是满足要求的，但是车架的后端梁部位在弯扭工况下存在局部应力过大的问题。通过对车架后端梁部位进行结构的改进，有效地降低了该部位的应力水平。最后，在保证车架满足强度要求的前提下进行了车架轻量化设计。主要研究内容如下: (1)利用HyperMesh软件建立了该矿用车车架的等效有限元模型。建立车架的有限元模型时采用了板壳单元来模拟车架钢板构件，采用了实体单元来模拟车架的实体构件，采用弹簧单元来模拟车架的悬架系统，采用了质量单元来模拟车架上各部件及货物的质量，最后建立了一个完整的矿用车车架有限元模型，为后续的静动力学分析打下了基础。 (2)利用RADIOSS求解器对车架进行了静力学分析。主要对车架的静强度、五种典型工况下的动强度、弯曲刚度、扭转刚度进行了计算和分析。分析结果为后续的结构改进及轻量化设计提供了依据。 (3)进行了车架的动态特性分析。首先对车架的自由模态进行了计算，求解了车架前100Hz的所有振型，并对各阶振型的特点作了描述。最后，对路面激励、发动机激励和电动机激励对车架动态特性的影响进行了计算分析，并对车架的动态特性作出了评价。 (4)进行了车架的局部结构改进和车架的轻量化设计。首先对车架在极限扭转工况下后端梁和纵梁连接处产生应力集中的原因进行了分析，分析发现该部位出现应力集中的原因是由于后端梁和纵梁连接处存在着结构刚度突变导致的，据此对车架后端梁内部支撑板进行了结构改进，有效地解决了该部位应力集中的问题。然后在满足车架强度要求的前提下，利用OptiStruct软件结合尺寸优化理论实行了车架的轻量化设计，经优化参数圆整后车架的质量减轻了8.1％。优化后的车架校核结果表明:轻量化后的车架能够满足使用条件的强度要求。 本文的研究不仅解决了该电动轮矿用车后端梁部位应力集中的问题，同时还为该型矿用车的轻量化设计提供了一定的参考，具有一定的工程应用价值。 |
| 作者： | 胡海波 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 胡启国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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