基于拓扑优化的厢体骨架结构优化设计.pdf

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1、机械设计与制造第2期236MachineryDesign＆Manufacture2016年2月基于拓扑优化的厢体骨架结构优化设计杜子学，罗辉(重庆交通大学机电与汽车工程学院，重庆400074)摘要：厢体骨架作为翼开式厢车的重要受力部件，其结构形式的好坏对整车的安全与节能有重大影响。因此有必要对厢体骨架进行结构强度分析与轻量化设计。建立厢体骨架的有限元模型，对其进行静力学分析。根据分析结果采用拓扑优化的方法对结构进行优化设计，得到了新厢体骨架结构的设计方案。有限元分析结果表明：优化后的厢体骨架模型最大变形和最大应力都减小了47．8

2、％，质量减轻了18．1％，较好地达到了优化目标。该方法为厢体骨架的结构设计以及轻量化设计提供了良好的思路和借鉴。关键词：翼开式厢车；厢体骨架；强度分析；轻量化；拓扑优化中图分类号：TH16；U463．8文献标识码：A文章编号：1001—3997(2016)02—0236—05TructureOptimizeDesignofVanBodySkeletonBasedonTopologyOptimizationDUZi-xue，LUOHui(SchoolofMechanical—ElectronicandAutomobileEngin

3、eering，ChongqingJiaotongUniversity，Chongqing400074，China)Abstract：As帆importantpartofthewing-open帆，thestructurestyleofVanboskeletonisofgreatsignificancetovansafetyandenergyconservation~Thus．itisnecessaryto，eastructurestrengthanalysisandlightweightdesignofVanbodyskelet

4、on~AfiniteelementmodelofVanbodyskeletonWaSbuilt，andthenthestaticanalysisWaSconducted．Accordingtotheanalysisresults，thetopologyoptimizationmethodWaSutilizedtomakeanoptimaldesignofthestructure，andthenthestructuredesignschemeofneWVanbodyskeletonWaSgotten~Thefiniteelemen

5、tanalysisresultsindicatethatthemnnmdeformationandmaximumstressofvanbodyskeletonmodeleroptimizationbothreduceby47．8％andthemossreduceby18．1％．andtheoptimizationgoalisreached．ThemethodcouldprovideideasandrefereneesforstructuredesignandlightweightdesignofVanbodyskeleton．K

6、eyWords：Wing-OpenVan；VanBodySkeleton；StrengthAnalysis；Lightweight；TopologyOptimization’1引言翼开式厢车属于厢式车，与传统类型的厢式车相比，其结构组合方式灵活、装卸方式方便，因而更具优势。据统计，2008年时随着交通运输业的快速发展，翼开式厢车得到了广泛的应日本80％的厢式车都是翼开式的。在欧美等国家翼开式厢车的运用。翼开式厢车顾名思义即货厢的厢板可以像两翼一样开启，货用虽不及日本普遍，但其应用也相当广泛【】l。物可以从两侧及后门进行全方位的装

7、卸。典型的翼开式厢车，如目前轻量化设计已经成为汽车设计中必须考虑的因素，翼图1所示。开式厢车的设计也不例外。对翼开式的厢车进行轻量化设计可以节约材料，减少运输过程中的能源消耗，为企业带来经济效益。翼开式厢车的主体是厢体，厢体骨架作为厢体的重要受力部件，其结构形式对车厢强度、刚度以及车厢的质量影响很大。好的骨架结构形式应既能满足车厢的强度与刚度要求，又能使车厢质量尽可能的轻圈。目前设计者主要依靠经验对厢体骨架进行结构设计，这种设计方法偏于保守，没有充分发掘材料与结构的潜力，造成整体质量偏大。因此有必要探索新的设计方法。图1翼开式厢

8、车Fig．1Wing-OpenVan拓扑优化是一种数学方法，能在给定的空间结构中生成优来稿日期：2015—08一Ol基金项目：国家科技支撑计划课题(2007BAGO6B01)作者简介：杜子学，(1962一)，男，河北邯郸人，博士研究生，教授，主要研究方向：机电与