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原文传递重型消防车副车架的分析与优化

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