[發(fā)明專利]一種輕型車輛非承載式車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410348310.2
• 申請日: 2014-07-23
• 公開（公告）號: CN104112050A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 芮強(qiáng);王紅巖;洪煌杰;李建陽;王欽龍;栗浩展;李同飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種輕型車輛非承載式車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)采用SolidWorks軟件建立輕型車輛原始車架結(jié)構(gòu)三維幾何模型，并輸出成IGES數(shù)據(jù)文件格式，得到車架結(jié)構(gòu)IGES模型；

(2)在Hypermesh軟件中讀入車架結(jié)構(gòu)IGES模型，利用Hypermesh軟件進(jìn)行幾何處理并劃分有限元網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，不改變車架附座的結(jié)構(gòu)形式，因此在進(jìn)行幾何處理及有限元建模時，只建立車架結(jié)構(gòu)縱梁與橫梁結(jié)構(gòu)的有限元模型，由于要將車架橫梁作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計區(qū)域，采用二維殼單元建立車架縱梁的有限元模型，采用三維六面體網(wǎng)格填充車架橫梁可能分布的設(shè)計區(qū)域，采用節(jié)點(diǎn)連接的方式將二維單元和三維單元進(jìn)行連接，完成車架結(jié)構(gòu)有限元建模；

(3)車架載荷及邊界條件加載：車架結(jié)構(gòu)主要承受彎曲及扭轉(zhuǎn)載荷，分別建立車架彎曲及扭轉(zhuǎn)載荷工況。所述彎曲載荷工況主要考核車架結(jié)構(gòu)的彎曲剛度，在該工況下，約束車架與前后懸架固定支撐點(diǎn)的所有自由度，在車架中間位置等效加載車箱自重載荷及貨物載重量；所述扭轉(zhuǎn)載荷主要考核車架結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)剛度，在加載車架結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)載荷時，約束車架與后懸架固定支撐點(diǎn)的所有自由度，然后在車架與前懸架固定支撐點(diǎn)處施加大小相等、方向相反的垂直方向集中載荷；

(4)設(shè)計區(qū)域及設(shè)計變量定義：將車架結(jié)構(gòu)橫梁的分布區(qū)域定義為設(shè)計區(qū)域，將三維六面體單元的相對密度定義為設(shè)計變量，優(yōu)化設(shè)計過程中，根據(jù)單元相對密度的大小，決定結(jié)構(gòu)中是否取舍該單元，根據(jù)結(jié)構(gòu)重量指標(biāo)及剛強(qiáng)度要求，取單元相對密度閾值為0.285，舍棄單元相對密度小于閾值的結(jié)構(gòu)單元；

(5)定義目標(biāo)函數(shù)：在進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時以最大限度提高車架結(jié)構(gòu)的彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度以及車架結(jié)構(gòu)前6階固有頻率值為目標(biāo)。在Hypermesh軟件優(yōu)化模塊中定義加權(quán)目標(biāo)函數(shù)K為目標(biāo)函數(shù)，k₁、k₂分別為彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度，w₁、w₂分別為對應(yīng)于彎曲剛度及扭轉(zhuǎn)剛度的加權(quán)系數(shù)，w_j對應(yīng)于車架前6階固有頻率的加權(quán)系數(shù)，λ_j車架結(jié)構(gòu)前6階固有頻率值，w₀為用于平衡彎曲、扭轉(zhuǎn)載荷工況與結(jié)構(gòu)固有頻率的加權(quán)系數(shù)由于彎曲剛度值的數(shù)量級為10⁶，扭轉(zhuǎn)剛度值的數(shù)量級為10²，而結(jié)構(gòu)前6階固有頻率值的數(shù)量級也為10²，因此取w₁＝1、w₂＝3.25×10⁴、w_j＝1、w₀＝2.18×10⁴；

(6)在Hypermesh軟件優(yōu)化模塊中令加權(quán)目標(biāo)函數(shù)K最大化，采用拓?fù)鋬?yōu)化功能進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，得到車架結(jié)構(gòu)橫梁在空間中分布位置及分布形式的車架結(jié)構(gòu)拓?fù)涿芏仍茍D；

(7)根據(jù)車架結(jié)構(gòu)拓?fù)涿芏仍茍D重構(gòu)車架結(jié)構(gòu)幾何模型以及有限元模型，得到優(yōu)化后的輕型車輛非承載式車架結(jié)構(gòu)。