论文题名: | 重型消防车副车架的分析与优化 |
关键词: | 消防车;副车架;车身载荷;有限元分析;拓扑优化 |
摘要: | 副车架是重型消防车中的重要部件,副车架上装车身,下接底盘,在消防车中起着承上启下的作用。副车架的存在,使车身上装载荷经过副车架后均匀分布在底盘上,有效的延长了底盘的使用寿命。消防车的副车架通常根据经验设计完成,虽然保证了使用的安全性,但总体质量较大,生产成本较高。对于企业而言,在保证产品性能的前提下,生产成本越小越好,因此本文对副车架进行结构优化。 本文以一款重型泡沫消防车PM180的副车架为研究对象,利用有限元分析工具HyperWorks系列软件对副车架进行分析及优化,本文的主要内容如下: (1)为了确定副车架的静力学性能,分别在满载条件下的弯曲、扭转、转弯和制动4种工况对副车架进行静力学分析,获得了副车架在这四种工况下的位移和应力结果,从分析结果得知,位移和应力均符合要求。 (2)为确定副车架的动力学特性,对副车架进行模态分析和频率响应分析,结合模态分析结果的固有频率和振型判断,副车架的固有频率避开了路面的激励频率和发动机的工作频率,无共振风险。从频率响应分析的结果获得了副车架支座安装点的动刚度,发现泵室安装点的平均动刚度较低,其余安装点动刚度均大于10000N/mm。 (3)为了提高副车架与车身连接的稳定性,对安装点的支座进行了局部优化,使支座的应力分布更均匀。对副车架的总体宽度进行了单因素五水平研究,从分析结果得知,最佳的副车架宽度为与底盘同宽。为了对副车架进行减重,分别进行了单工况和多工况下的拓扑优化分析,结合单工况和多工况拓扑优化结果的材料密度分布形式,设计出新的横梁结构,组合成新的副车架。 (4)为了对新副车架的尺寸参数进行优化,首先对副车架进行DOE分析,获得了各尺寸参数对结构强度、刚度、固有频率和动刚度的影响程度。以最小化质量为目标,强度和动刚度为约束,结合已有的DOE数据点,使用全局响应面法对各尺寸参数进行优化,获得了满足强度和刚度要求的最佳尺寸参数组合,降低了副车架的质量,节约了生产成本。 |
作者: | 张智敏 |
专业: | 机械 |
导师: | 袁清;珂耿丽 |
授予学位: | 硕士 |
授予学位单位: | 广东工业大学 |
学位年度: | 2023 |