电动公交车车架轻量化优化设计及评价

根据电动公交车车架的结构,采取拓扑优化方法和车架轻量化系数评价方法相结合的方案,对电动公交车车架进行减重优化设计。以某型电动公交车车架为研究参考样本,建立车架模型。在ANSYS中对设计的电动公交车车架进行有限元分析,并在满足材料基本性能的前提下采用变密度法对车架有限元模型进行拓扑优化。最后利用车架轻量化系数评价方法对优化前、后的车架进行轻量化评价。结果表明,轻量化系数由优化前的0.104降低为优化后的0.0058,较好地实现了电动公交车车架轻量化设计目标。     

基于拓扑优化法的副车架概念设计

副车架是连接悬架与车身的重要连接件。为避免传统副车架设计中穷举设计方案后校核的繁复研发流程、缩短开发周期和在新副车架早期开发设计中提供参考,现将变密度法的拓扑优化技术引入乘用车副车架概念设计中[1-7],提出1种正向设计思路。首先使用hypermesh对某乘用车副车架典型工况下的受力情况进行有限元分析。参照乘用车副车架与周边零件相对位置关系,在空间上划分设计区域。然后以设计区域为拓扑优化空间,以单元密度为设计变量,以体积上限为约束条件,定义在多工况条件下的多目标等权重的拓扑目标函数,并通过添加加工约束改善云图。最后依据拓扑云图所示副车架材料分布进行副车架概念设计。通过对该设计方案进行限元分析并与标杆副车架对比发现该副车架设计方案不仅各工况下应力水平低于原方案,而且重量更轻,验证了拓扑优化概念设计方案可行。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。     

矿用自卸车车架结构多目标拓扑优化研究

为给矿用自卸车车架结构设计和优化提供参考,针对国产首台300t矿用自卸车工作环境极其复杂、行驶路况极为恶劣以及载重量大而导致车架结构容易破坏失效的情况,采用SIMP变密度法对其进行拓扑优化研究,以多工况下的刚度和一阶振动频率为目标,并利用折衷规划法定义的多刚度和高频率的多目标拓扑优化函数进行优化。依据优化结果设计了新的车架,并比较了经验设计下的车架和新车架的刚度和频率。研究结果表明：采用多目标拓扑优化方法指导设计的车架刚度和频率都有显著提高,改善了车架的使用性能,能使车架更好地在恶劣环境中使用。     

大功率压裂车副车架结构优化设计

面对出现频率越来越高的复杂地层和5000米以上的超深井作业环境,研制搭载大功率压裂设备的压裂车已成为重要发展趋势。本文运用结构优化软件Hyper Works的Optistruct模块,基于SIMP变密度法对压裂车副车架进行拓扑优化设计。在单工况单目标的拓扑优化结果下,建立基于折衷规划法的多目标多工况拓扑优化数学模型,得到压裂车副车架在多种静态工况的柔度最小化以及低阶动态最大化进行加权之后的拓扑优化结果,再根据材料分布云图重构压裂车副车架模型。成果可用于改进压裂车副车架结构以提高其承载能力,缩短研发时间、降低成本。     

基于HyperWorks与ADAMS/Car联合仿真的后副车架轻量化研究

以制动工况为例,根据ADAMS/Car软件仿真计算得到的载荷,对后副车架有限元模型进行静态及动态特性分析。在确定具有优化余量的前提下,以副车架优化区域每个单元的单元密度为设计变量,以加权应变能最小为优化目标,采用变密度拓扑优化方法进行轻量化设计,最终实现后副车架减重7.4%。对优化后的副车架进行强度及模态校验,结果表明新结构满足使用要求,且质量分配更加合理,为副车架的优化及改进设计工作提供了一定的参考。     

节能赛车铝合金车架结构分析与优化设计

车架作为整车的重要受力部件,其结构分析与轻量化设计对整车节能具有重要意义。综合运用有限元分析软件ANSYS与HyperWorks,分析了某节能车车架在典型工况下的刚度与强度水平,并在此基础上依次对车架进行了基于密度法的结构拓扑优化及基于一阶优化方法的截面尺寸优化。通过两次优化设计,车架的局部变形与应力集中得到明显改善,车架竖向最大变形量从3.21mm优化为0.99mm,刚度得到了提高;车架质量从5.00 kg优化为4.17 kg,减重16.6%,实现了车架轻量化设计。     

某车型铝合金前副车架拓扑优化概念设计

首先采用虚拟路面整车模型动态提载的方法确立了原钢制副车架各硬点在典型工况下的载荷，以此载荷作为铝合金副车架拓扑优化概念设计阶段的载荷输入。在Hypermesh的Optistruct模块对原副车架包络体进行拓扑优化，将体积百分比和加权柔度作为优化响应，以最小化加权柔度为目标，以体积百分比为约束条件，并引入对称约束与制造约束，进行多工况拓扑优化，获得了副车架最佳受力结构。采用材料替换的方法以铝代钢，拓扑优化概念设计后的副车架在不低于原副车架性能目标的前提下实现减重1.84kg，轻量化率达11.5%。通过对概念阶段的铝合金副车架进行性能分析，结果表明，铝合金副车架满足设计要求，此方法对于副车架概念设计阶段具有一定的可行性。     

氢燃料电池客车车架有限元分析及多刚度拓扑优化研究

以氢燃料电池客车车架为研究对象,首先应用HyperWorks建立12米氢燃料电池客车车架的有限元模型,然后对车架的9种典型工况进行有限元分析。最后,根据车架有限元分析结果,采用变密度法拓扑优化理论,以车架应变能最小作为目标函数,车架体积比作为边界条件,进行多工况下车架结构的多刚度拓扑优化研究。结果表明,通过多刚度拓扑优化可以提高车架的强度和刚度,并且实现车架轻量化,使之减重14.9%。     

某微型电动车车架结构的拓扑优化设计

为了提高某微型电动车车架的力学性能并减轻质量,将拓扑优化理论引入车架结构的优化设计。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,给出多工况条件下拓扑优化结果,建立满足各总成的布置和实际行驶要求的新设计结构,基于有限元法通过ANSYS软件对新设计车架的结构参数进行了优化设计。理论分析和车架的实际应用情况表明,该车架设计合理,说明该优化设计方法进行车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供一种思路。     

某商用车纯电动改装方案中车架性能分析

商用车车架作为汽车承载的主要结构,其刚度与强度是汽车结构设计的重点关注参数。在对传统商用车进行纯电动化改装时,必须对车架进行综合性能分析,以确保车架性能匹配纯电动商用车的需求。通过对车架三维建模,并利用Hyper Works对车架进行结构分析以及拓扑优化设计,满载情况下模拟其弯曲、扭转工况下强度和刚度,并根据拓扑优化结果提出轻量化改进建议。通过对比相同工况下传统商用车和纯电动商用车车架的强度和刚度参数,为纯电动改装方案提供理论计算依据。     

某牵引车车架多目标拓扑优化设计

为了得到同时满足静态多工况刚度和动态振动固有频率要求的某牵引车车架结构,将拓扑优化的方法引入到车架的结构设计中。采用折衷规划法定义多刚度拓扑优化的目标函数的数学模型,而振动固有频率拓扑优化的目标函数的数学模型则采用平均频率法定义,综合刚度与振动固有频率的多目标函数的数学模型也采用折衷规划法定义。通过优化得到同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构。通过在Hyper Works软件中对车架进行静态和模态仿真,仿真结果表明,车架性能满足工作要求,这也验证了对牵引车车架进行多目标拓扑优化设计是合理可行的。     

微型客车车架多目标拓扑优化

为了设计合理可靠的微型客车车架,应用折衷规划法建立以柔度最小和低阶固有频率最高为目标的多目标拓扑优化数学模型,基于固体各向同性材料惩罚模型进行优化。基于拓扑优化结果,构造微型客车车架的三维模型,并对车架进行静态和模态分析,确认车架满足工作性能要求,由此验证了微型客车车架多目标拓扑优化方法的合理性与可行性。     

中型氢燃料电池货车车架多目标拓扑优化设计

以某中型氢燃料电池货车车架为研究对象,基于变密度法拓扑优化理论,实现了车架静态多工况刚度最大化和提高动态低阶固有频率的目标。保留车架附属连接件,以原车架外廓尺寸建立拓扑优化空间,采用各向同性材料惩罚函数进行多目标拓扑优化,获得最佳的车架结构布局,进行新车架结构设计。结果表明,新车架中部承载能力优于已经通过模态试验验证的原车架,最大应力下降35.6%;第一阶固有频率提高1.9 Hz,能够避开路面激励能量最大的区域;同时车架质量减轻7.8%,实现了氢燃料电池货车车架结构的专用化和轻量化设计。     

电动轮自卸车车架静动态特性分析与优化研究

为分析某型电动轮自卸车车架静动态特性,首先建立该型电动轮自卸车的整车刚柔耦合多体动力学模型获得车架关键承载部位的载荷信息,同时构建含焊缝细节结构的车架进行有限元模型。再次,开展满载静止状态下车架静强度分析,利用道路应力试验验证该模型的正确性;继而开展满载水平弯曲工况、极限扭转工况和紧急制动工况下动强度分析、刚度分析及模态分析。结果表明,车架在扭转工况下的刚度具有一定的提升空间,存在车架失效风险。最后,利用拓扑优化技术对车架多工况下刚度进行多目标优化设计。结果表明:优化后的车架静动态性能满足整车使用要求,该方法为电动轮自卸车车架的静动态特性设计提供一定的借鉴经验。     

基于正交试验-组合优化的钢-镁车架设计

以某国产SUV车架为研究对象,建立车架的有限元模型,运用OptiStruct对车架进行弯曲、扭转刚度和模态分析,并进行模态试验,验证模型的有效性。利用正交试验法确定材料轻量化部件,并将这些部件的钢材料替换成镁合金,得到钢-镁车架。针对钢-镁车架刚度和模态性能的减弱问题,采用拓扑-形貌组合优化方法对部件进行优化设计,提高了车架的刚度和模态性能。设计结果表明,使用镁合金结合拓扑-形貌优化方法,设计的钢-镁车架相比原车架在质量减轻19.0kg的同时,刚度和模态性能得到一定的保证。     

履带车辆车架的优化设计

建立了履带车辆车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,针对履带车辆车架应力分布不均匀现象,以各工况载荷下对应的柔度最小作为目标函数,体积和应力作为约束条件进行拓扑优化,得到了合理的车架拓扑结构。为进一步优化梁结构截面参数,以质量最小为目标函数,结构应力为约束条件,对车架进行尺寸优化设计,得到了满足强度要求的车架结构,并取得了良好的轻量化效果。该优化方法同样适合其他模型,对车架结构的改进方式具有指导意义。     

基于HyperWorks某载货电动货车车架结构优化设计

目前许多厂商推出的电动货车均是在原有轻卡车型的基础上做简单改进,并没有针对电动货车的动力系统布置形式、整车质量分布、使用工况和轻量化需求等特点进行专用化的车架结构设计.针对上述问题,对某国产电动货车车架进行了性能分析,并利用多目标拓扑优化对该车架进行了轻量化设计.结果表明:优化后的结构降低了车架质量,提升了车架的使用性...     

微型电动车车架优化设计研究

依据车架结构的受力特性及其材料的性能要求,建立了优化数学模型。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,采用有限元和结构拓扑优化设计相结合的方法,对车架进行了结构优化分析,并以满足各总成的布置和实际行驶要求对车架结构进行了全新设计。对新设计车架进行了刚、强度校核及模态振型分析。实际使用情况表明,该车架设计合理,说明拓扑优化设计的方法对车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供了一种思路。     

基于拓扑优化方法的牵引车车架优化设计

建立了牵引车车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,基于OptiStruct软件,对多工况拓扑优化常见问题提出了工程实用的解决方法,实现了牵引车车架结构优化设计.通过优化前后计算结果的对比分析,说明基于变密度法的拓扑优化技术能有效进行牵引车车架优化设计,避免结构设计的盲目性,优化结果为同类产品结构设计提供了参考.