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重型自卸车铸钢驱动桥壳轻量化多目标优化研究
| 论文题名： | 重型自卸车铸钢驱动桥壳轻量化多目标优化研究 |
| 关键词： | 重型自卸车;驱动桥壳;轻量化;多目标优化;虚拟台架试验 |
| 摘要： | 驱动桥壳是车桥系统的主要承重件、传力件和安装基体，驱动桥壳的轻量化设计能够增大车桥传动系统的设计空间、提高整车的承载效率以及行驶平顺性。在驱动桥系统中，驱动桥壳的轻量化设计是前提和基础，其决定着整桥轻量化的空间和水平。驱动桥壳轻量化优化时，其性能指标质量、疲劳寿命、强度、刚度和模态之间存在着耦合关系，故采用多目标优化方法来妥协寻优。 依据国家标准QC/T533-1999《汽车驱动桥壳的台架试验方法》对驱动桥壳进行垂直弯曲刚性、垂直弯曲疲劳台架试验和关键受力点的应力测试试验，得到了桥壳在台架工况下的刚性位移、疲劳寿命和关键受力点的静动载应力时间历程。基于有限元法建立驱动桥壳的虚拟台架试验模型，将仿真得到桥壳台架性能结果与实际台架试验对比，得出桥壳虚拟台架模型的精度较高。 选取桥壳的最大垂向力、最大牵引和制动力、最大侧向力、最大静应力典型工况进行仿真分析，结果表明桥壳的强度及刚度性能满足要求且呈现富余。对桥壳进行自由模态分析，得到桥壳各阶模态振型和频率值，并提出桥壳模态性能评价指标;对桥壳进行3.0倍满载轴荷垂直弯曲疲劳寿命分析，将仿真得到的寿命值和关键测点的动载应力与实际疲劳台架试验对比，得出桥壳疲劳寿命预测的准确度。基于多体动力学理论建立8×4自卸车的整车虚拟样机模型，施加组合强化路谱激励，得到桥壳板簧座处的垂向随机载荷谱，并进行了载荷谱激励下的桥壳疲劳寿命仿真，结果表明桥壳疲劳寿命有较大盈余，可以进行轻量化设计。 对桥壳本体进行多工况拓扑优化和形状优化，桥壳本体减重10.25kg且优化后本体结构受力更均匀。选取桥壳本体变截面处壁厚为设计变量，通过CATIA参数化建模、ANSA网格批量划分和最优拉丁方抽样技术，得到不同壁厚参数下的60个桥壳样本模型，通过仿真得到桥壳静强度、弯曲刚度、一阶模态频率和载荷谱激励下的疲劳寿命的响应值，以桥壳质量和疲劳寿命为优化目标，结合RBF径向基近似模型和多目标遗传算法寻优得出最佳的截面壁厚组合。对半轴套管和桥包的厚度进行了基于疲劳寿命的多目标轻量化设计，桥壳减重8.4kg且各项性能指标满足设计要求。对比分析轻量化前后桥壳结构的各项性能指标的变化，提出了驱动桥壳的轻量化评价方法。 |
| 作者： | 许文超 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王开松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 安徽理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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