基于灵敏度分析的载货汽车车架结构优化

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1、学兔兔www.xuetutu.com·设计·计算．研究·基于灵敏度分析的载货汽车车架结构优化★单峰l，朱俊虎1王浩2(1．奇瑞汽车股份有限公司；2．合肥工业大学)【摘要】针对某载货汽车车架的静动态特性，进行了优化设计。在建立有限元模型的基础上．取弯曲应力灵敏度与质量灵敏度比值绝对值较大的横梁和纵梁板厚度为设计变量．采取灵敏度分析方法对车架结构进行了轻量化优化设计。优化结果表明，基于灵敏度分析的优化方法可行，在提高性能的同时减轻了车架质量主题词：载货汽车车架灵敏度分析轻量化结构优化中图分类号：U463．1文献标识码：A文章编号：1000—3703(2013)01—0020—03S

2、tructuralOptimizationofTruckFrameBasedonSensitivityAnalysisShanFeng。，ZhuJunhu，WangHao(1．CheryAutomotorCo．，Ltd；2．HefeiUniversityofTechnology)【Abstract】Optimizationdesigniscarriedoutinlightofthestaticanddynamiccharacteristicsofatruck．Onthebasisofthefiniteelementmodelestablished，theplatethickne

3、ssesofthetransverseandlongitudinalbeamswithrelativelylargeabsolutevalueintermsofbendingstresssensitivity—masssensitivityratioareselectedasvariablesinourdesign．Thenlightweightoptimizationdesignofthetruckframeisconductedthroughsensitivityanalysis．Resultsshowthatoptimizationmethodbasedonsensiti

4、vityanalysisprovestobefeasibleforitimprovesvehicleperformancewhilereducingtheframemass．Keywords：Truckframe，Sensitivityanalysis，Lightweight，Structuraloptimization本文以某载货汽车车架为研究对象．建立优化[KI㈣=旧(3)模型对车架结构进行优化设计．通过修改灵敏部件对式(3)左右两端求关于第项设计变量的板厚度，在保证一定的强度、刚度条件下，实现车架偏微分，并通过移项得：的轻量化『】1。=一㈣1灵敏度分析理论两边同乘1得：设

5、计灵敏度是结构性能参数对结构设计参=[1q[一圳(4)数兢的偏导数(结构响应的梯度)，即：通过式(4)可求解出位移对设计变量的灵敏度，⋯f互1_(1)其微分形式可表示为：＼Xi／灵敏度反映其结构中各个设计变量对结构性能△爿[一㈣]的影响大小翻在有限元线性静态优化分析过程中．约束和目标函数均有可能是通过静力平衡方程位移=](△△]))(5)解得的响应[31，可表示为(6)．而位移是设计变量由于载荷向量F并不会随设计变量的变化而的隐函数，用()表示，则：变化，即AF=0，A6=一[豳A[K]{6)，因此有关节点位移函数的性能参数(包括目标函数或约束)对设计变量T=T(8(X))(2

6、)因而．静力平衡方程可表示为：溉的灵敏度可以通过下式求出：基金项目：合肥工业大学2011年大学生创新性实验计划项目基金资助(项目编号111035969)；国家自然科学基金，间隙主导型汽车摆振发生机理及动力学性态研究(项目编号50975071)．汽车技术学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com．设计．计算·研究．b．车身部分固有频率为10～15Hz．该车架1阶度的变化．质量灵敏度高于或等于等效弯曲应力即扭转及弯曲频率不在此范围内．从而避免了车身较刚度的灵敏度。因此，可以改变车架板件厚度，从而大幅度的振动一定程度上减轻车架质量．在不影响其刚度的前提C

7、．该车架的基频为5．91Hz．表现为整体1阶下实现对车架的轻量化。车架部分板件的灵敏度计扭转．1阶侧向弯曲频率为17．30Hz．该车的弯曲频算如表2所列。率较低．弯曲刚度有待加强。表2车架部分板件的灵敏度计算结果变量名弯曲应力灵敏质量灵敏度相对灵敏度d．高阶扭转与弯曲振型混杂在一起．表现为度JsSS／S既有整体振型又有局部振型．单独或共同出现局第1纵梁加强梁-0．0000003410．000858—2516．13部模态分布呈现出前部强、中后部弱的态势。因此．第1横梁一0．00004550．0