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基于拓扑优化和高强钢应用的雷达车车架轻量化设计研究
| 论文题名： | 基于拓扑优化和高强钢应用的雷达车车架轻量化设计研究 |
| 关键词： | 雷达车车架;拓扑优化;高强钢;轻量化设计;承载结构 |
| 摘要： | 雷达车车架是雷达车的主要承载结构，其自身质量较大。对雷达车车架进行轻量化设计研究可以显著降低雷达车整车质量，对提高雷达系统机动性、提高我军战斗力、降低制造成本、节能环保等都具有重要意义。 在全球资源日益紧张、气温日益升高的今天，结构的轻量化设计研究越来越热门，特别是车辆的结构轻量化已越来越重要。本文首先论述了国内外关于结构轻量化的研究现状，总结了车辆结构轻量化的发展趋势，比较了国内外研究的差距和异同点，并通过对国内外研究现状的分析初步提出了雷达车车架的轻量化方法。 然后对各种轻量化方法进行了系统论述，并作了比较分析，还对结构优化方法的分类及其数学算法、高强度钢板强度等代设计方法进行了详细研究，经分析决定采用拓扑优化和高强钢板强度等代设计对雷达车车架进行轻量化设计研究；在此基础上通过对雷达车及其车架结构特点的进一步分析，制定出了雷达车架轻量化方案，并对为什么选择这种方案作了仔细论证。 在研究对象、研究方法和研究方案都确立的基础上，本文首先对雷达车车架撑腿进行了拓扑优化设计，以撑腿设计区域的相对密度为设计变量，以优化后设计区域剩余体积为约束条件，以整体结构应变能最小为优化目标，建立了车架撑腿拓扑优化设计模型，进行了拓扑优化计算了，并对优化结果进行了有限元分析和可制造化处理，在结构刚度、强度不降低的条件下得到的新车架重量下降了12.9％，轻量化效果明显。 在撑腿拓扑优化设计的基础上，接着对横梁进行了拓扑优化设计，采用与撑腿拓扑优化类似的优化设置，建立了车架横梁拓扑优化模型，并进行拓扑优化计算和优化结果的可制造化处理，通过对可制造化处理结果的有限元分析发现横梁的拓扑优化设计取得很好的轻量化效果。 最后为进一步降低雷达车车架重量，在强度等代的条件下，本文采用高强度钢板替换原普通钢板的方法，并对替换后各构件的钢板壁厚进行了圆整和有限元分析，分析表明：高强度钢板强度等代设计方法使车架重量下降了26.1％，轻量化效果显著。 经过一系列轻量化手段本文最终使车架重量共下降了2.89吨，其轻量化研究的宏观方案、研究工具和具体的操作方法可为企业及研究人员在进行雷达车及相关产品的轻量化时提供参考和借鉴，具有较高的实际应用价值和较好的社会效益。 |
| 作者： | 佘高翔 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 马力 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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