对于六轴线液压模块组合挂车横梁拓扑优化设计研究

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1、六轴线液压模块组合挂车横梁拓扑优化设计研究张中正马力张宇探(武汉理工大学汽车工程学院，湖北430070)【摘要】提出了典型六轴线液压模块组合挂车横梁拓扑优化的一般过程，建立了基于整车结构的横梁拓扑优化设计有限元计算模型。在满足强度刚度要求的情况下，优化后横梁结构相对原结构重量降低了161．2kg。【Abstract】Generalprocessoftopologyoptimizationdesignforbeamoftypicalhydraulicrood-uleassembledtrailerwithsixaxesispropounded，andFEM

2、modelbasedontheentiretystructureis‘constructed．Thebeamweightdecreases161．2kgafteroptimizationwhilemeetingtherequirementofthestrengthandstifness．【关键词】液压模块挂车横梁拓扑优化doi：10．3969／j．issn．1007-4554．2011．06．06轻量化设计研究非常迫切。文献[2]对国内某企0引言业生产的典型六轴线液压模块组合挂车的整体结构进行了有限元计算分析，计算表明该挂车整体液压模块组合挂车在大件长件

3、及重型装备的的应力水平较低，还具有轻量化的潜力。但目前，公路和场地运输中起着非常重要的作用，国内对对同类挂车的轻量化研究还未见报道。因此，本此类挂车的设计和制造主要还是以模仿为主，虽文针对同型号典型六轴线液压组合挂车横梁的结然现在已经取得了较快的进步⋯，但所设计的车构特点，提出以横梁为研究对象的拓扑优化设计，辆仍存在着诸如自重较大、材料利用率低、生产成在满足横梁强度和刚度的设计要求下，使横梁重本较高等问题。因此，对液压模块组合挂车进行量得到一定的下降，取得了较好的轻量化效果。信号进行采集、分析，以实现整个试验系统对电动车技术，2007，(3)：32．[2

4、]李军，王燕波，付伟峰，王兴东，李红健，汽车车门及罩滑移门硬件和软件两部分可靠性的考核。盖操作试验台开发设计[J]．机床与液压，2006，(9)：156—160．[3]廖常初．$7-300／400PLC应用技术(第2版)[M]．北参考文献．京：机械工业出版社，2008．[4]郭应时，袁伟．汽车试验学[M]．北京：人民交通出版[1]牟正明．新型汽车车门开关耐久性试验台[J]．轻型汽社。2006．收稿日期：2011—03—18·22·上海汽车2011．06存在一定的关联。在优化过程中若某个单元对整1横梁结构特点及其拓扑优化过程体结构的刚度和强度的贡献较大，则

5、该单元的密度取大值；反之，单元密度取小值。当该单元的密度取0时，表明该处不需要布置材料。在Hyper—六轴线液压模块组合挂车车辆主体结构主要包括车架部分和液压悬架行驶系统，车辆长9m、works中，实体单元和板壳单元都可以作为拓扑优化的设计单元，在此，由于横梁具有明显的板壳特宽3m，所用材料屈服强度高达800MPa的高强度性，采用板壳单元可以大大减少单元的数量，减少钢。车架部分主要组成部分有上板总成、纵梁总成、横梁总成和拼接板总成，车架整体结构三维几计算时间，且板壳模型的优化结果也能很好地反映出最优的载荷传递路径，因此采用板壳单元。何模型如图1所示。其中

6、横梁总成主要由横梁腹板、翼板和侧边挡板构成。六轴线共1O个横梁，横梁的拓扑优化具体过程如图3所示。首先构建横梁的拓扑优化空间，其次对横梁进行离散、横梁腹板没有布置中空结构，均为连续结构，各横梁总成图如图2所示。由文献[2]的有限元计算施加边界条件和一定的载荷，再对拓扑优化参数进行设置，最后提交计算并对结果进行分析。由分析表明，各横梁总成的应力水平偏低，材料利用于优化设计假设材料的密度分配是连续变化的，率较低，横梁具有很大的轻量化潜力。故得到的设计形状往往不是规则的几何形状，不能直接作为生产方案，需进行可制造化处理。建立几何模型构建拓扑优化_j划分网格、加

7、载空间I和设置边界条件有限元计算和l设置拓扑优化结果分析__1设计参数图1车架三维几何模型(爆炸图)拓扑优化设计结果可制造化处理对处理后的模型进行有限元分析’／＼否＼苎／是得到最终设计方案图2各横梁总成图3拓扑优化设计流程轻量化方法有参数优化设计和拓扑优化设计等方法，横梁的结构特点满足拓扑优化的要求，在2拓扑优化设计计算模型的建立此选择拓扑优化的方法。拓扑优化设计是以有限元法为基础，寻求横梁材料最佳分布的优化方法。2．1有限元计算模型的建立其基本思想是：将横梁设计区域内经有限元法离在保证车辆力学特征不变的情况下，对液压散后的所有单元的密度看作是可变的，密

8、度的取悬架系统进行了简化处理，如车轮、轮毂、油缸及值范围为0—1，且单元的密度均