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基于HyperMesh的高强度车架轻量化分析研究
| 论文题名： | 基于HyperMesh的高强度车架轻量化分析研究 |
| 关键词： | 货车车架;轻量化;优化设计;三维实体模型;高强度钢 |
| 摘要： | 如今轻量化技术越发成熟，各种轻量化手段被投入到实际中。其中，越来越多的新材料被广泛应用到实际中，从而获得很大的轻量化空间。而尺寸优化技术作为比较成熟的参数化优化方法，能很好地解决关于离散优化的工程难题。相比于传统的经验优化设计更有效率且成本和周期更低。 本课题选取某公司提供的货车车架进行有限元分析、实验验证以及轻量化设计。以现阶段轻量化的研究现状为基础，并查阅大量相关文献，总结出使用高强度钢替换原车架材料后，再使用尺寸优化方法对车架进行轻量化。首先，使用UG同步建模技术对车架的三维实体模型进行几何清理和间隙检查，随后导入HyperMesh软件经过前处理、网格划分、创建联结单元和模拟边界条件，建立了完整的车架有限元模型。为有限元模型附加Q345的材料属性以及外载荷和约束，应用有限元原理和OptiStruct求解器进行静态分析，得到车架的应力和位移云图。由云图结果可知满足车架的刚强度要求，但Q345的安全系数不够高表明其轻量化空间不足。使用高强度双相钢DP590代替普通钢Q345，不仅刚强度更高，而且DP590的安全系数表明轻量化潜力更大。通过OptiStruct求解器对车架模型进行模态分析，并使用东华测试公司提供的动态信号分析仪进行实验验证，验证了有限元模型的可靠性。根据尺寸优化理论建立轻量化设计的数学模型，对使用不同材料的车架优化计算。结果表明在保证车架刚强度和第二阶固有频率不降低的前提下，使用DP590材料的车架优化效果更好，优化后的车架质量比原来减少了23.4％。即使经过厚度调整，车架质量仍比原来减少了17.3%。随后在尺寸优化后模型的基础上进行拓扑优化，根据优化结果调整模型结构实现了减重15.57kg，总的优化比例达到了19.9%。因此，达到了轻量化的目的，证明了采用高强度钢后进行轻量化设计的途径是可行的。 |
| 作者： | 董浩博 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 唐岚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西华大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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