基于hypermesh的吊臂结构优化设计.pdf

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1、基于hypermesh的吊臂结构优化设计白迎春钟继萍安徽合力股份有限公司工业车辆安徽省重点实验室合肥230601摘要：采用壳、体单元建立了吊臂的有限元模型，通过对结构件的拓扑优化，得出材料的最佳分布路径，从而建立吊臂的最初改进模型。对最初改进模型进行尺寸优化，根据尺寸优化的结果并结合型材尺寸标准选用合适的型材，从而得到吊臂最终的改进模型。关键词：叉车；吊臂；拓扑优化；尺寸优化中图分类号：TH242文献标识码：A文章编号：1001—0785(2012)04—0036—03Abstract：Thefiniteelementmodelforjibisestablishedusingplate

2、andshe1lelementsandbytopologicaloptimiza-tionofstructuralparts，andthebestdistributionpathofmaterialsisworkedout，SOastoestablishthejib’SinitialimprovedmodelThesizeofinitialimprovedmodelisoptimized，thenaccordingtothisresultandincombinationwithdimensionalstandardforprofilestheproperprofilesareselec

3、ted，SOastoobtainthefinalimprovedmode1．Keywords：forklift；jib；topologic~optimization；dimensionoptimization’吊臂是叉车常用属具之一，使用时安装在叉车的货又架上，功能相当于起重机。在设计过程中要对吊臂进行综合承载能力计算，以防止在使用过程中叉车因前端起吊货物过重而前翻。因此，为了提高吊臂的综合承载能力，采用合理的结构减轻吊臂自重，十分必要，既可节省材料用量，又具有很好的经济效益。国内吊臂的设计计算采用经验、类比的方法，其性能参数都有改进提高的余地。采用CAE方法可以全面地掌握吊臂的应1．

4、挂板2．悬臂3．侧板4．支撑板力分布情况，通过建立合适的边界条件，进行优5．连接架6．加强板化，获得最优的结构。图1吊臂结构图1吊臂的结构2有限元模型的建立吊臂通过在悬臂上设计的吊点处安装吊钩来起吊重物。悬臂是由2个u形板和1个挂板组成2．1单元类型的一个封闭结构，强度较高。采用实体单元和壳单元混合的方式建立模型。后部的连接架连接吊臂和叉车的起重系统。将壳单元与实体上的连接单元一一对应，以壳单连接架和悬臂共同焊接在支板上，在支板和悬臂元上的节点为主节点，以实体单元上的节点为从之间增加2个侧板和1个加强板，对整个结构起加节点，建立局部刚化。强作用。整个结构如图1所示。2．2加载及约束处理

5、根据吊臂各结构件的形状特点以及受力状态，根据吊臂的安装方式，约束连接架轴孔处的5对侧板和加强板进行拓扑优化，对挂板进行尺寸个自由度，释放轴旋转自由度，同时约束中钩处优化，从而使吊臂的结构达到最优。轴平动自由度。一36—《起重运输机械》2012f4)在起吊重物的过程中，为了保证叉车的稳定力，／7／,。为给定初始结构材料质量的上限，m为优性，使其不会前翻，要根据综合承载能力公式来化时指定去除材料的质量，△为优化时指定去除质校核吊臂的额定载荷，吊臂的最大起重量不能超量的百分比，叼为密度下限，‘，，，⋯，为优过额定载荷。根据实际工况，在吊点处施加额定化后单元密度保持不变的单元号。载荷。3．2优

6、化模型及优化结果图2所示为吊臂有限元模型上定义的可设计3吊臂的拓扑优化区域。优化部分的材料分布按照变密度方法进行拓扑优化的优势在于⋯：1)可以通过改变结拓扑优化。构的拓扑形式来达到优化结构性能和组成的目的；2)可以根据材料最佳传力路径来决定单元的取舍，并根据需要在结构内部自动开孔。3．1变密度法变密度法(SIMP)是较早采用的拓扑优化方法_2]，它以连续变量的密度函数形式用显式表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系。这种方法基于各项同性材料，人为假定相对密度图2吊臂拓扑优化模型和材料特性之间的对应关系是一种伪密度。优化时以材料密度为拓扑设计变量，这样结构拓扑优设置模型的总体积为体

7、积响应，优化的目标化问题被转换为材料的最优分布问题。该方法在函数为体积最小。多工况应力约束下的平面体结构、二维连续体结优化时要保证整个吊臂的刚度，定义吊臂吊构、结构碰撞、汽车车架等设计中得到成功的点处的最大位移为位移响应，基于货叉刚度校核应用。经验定义位移上限为28mm。应用最优化准则法或数学规划方法求解材料定义左右U形板、挂板和支板上的应力值作最优分布设计J，假定密度与材料特性的非线性为应力响应，根据结构件的材料，定义应力上限关系：为230M