基于ANSYS及灵敏度分析的客车结构轻量化设计

电动客车发展迅速,社会对电动客车的需求日益增加。客车满载时对动力需求高,电池组的数量多,车身总质量偏大,导致电池损耗加快,客车行驶里程降低。优化车架的结构设计,实现轻量化是延长电池使用寿命、提高行驶里程的有效途径之一。为达到某型电动客车在满足各工况强度要求的前提下实现轻量化的目的,选取4种典型工况,包括匀速直线行驶工况、弯扭工况、紧急制动工况和紧急转弯工况,建立了客车车身结构的有限元模型。由ANSYS Workbench分析计算得到了4种不同工况下的应力、变形。以有限元分析结果为依据,对车架进行了优化设计。根据优化设计理论,以车身质量最小为目标函数,以构件厚度为设计变量,以底架应力和扭转刚度作为设计约束,利用NASTRAN软件计算了车架刚度对关键构件厚度的灵敏度。对刚度相对灵敏度较低的部件进行了轻量化设计,如将车门支撑部件、车架侧围等部件型材厚度由3 mm减薄至2 mm,对刚度相对灵敏度较高的部件进行了加厚处理,如将车架主要受力部件厚度由4 mm加厚至5 mm,以此来提高整车的扭转性能,提出了较为合理的车架轻量化设计方案。更新了优化后的车架模型,再利用有限元分析对比了优化前后最大应力及变形结果。经对比分析,在满足各工况强度要求的前提下,整车质量下降52 kg,车架质量降幅达2%。     

基于相对灵敏度分析的客车车架轻量化

以某客车车架为研究对象,进行模态分析并与试验模态比较,验证了有限元模型的准确性;进行刚度分析,验证了该车架弯曲刚度和扭转刚度符合设计要求。在此基础上,考虑车架结构件板厚对其低阶模态参数及质量的影响,对主要部件的板厚进行频率灵敏度和质量灵敏度分析。引入相对灵敏度,提取相对灵敏度较大的部件以板厚为设计变量进行优化分析。优化结果表明：车架固有频率降低,同时车架的质量也减少,达到了轻量化的目的。     

基于相对灵敏度的轻卡车架轻量化研究

运用hypermesh软件建立某型轻卡车架有限元模型,利用模态试验验证了有限元模型的准确性。分析了车架在弯曲和扭转工况下的等效应力、变形及模态频率,计算了该模型的车架质量和扭转工况下最大应力灵敏度,并提出相对灵敏度绝对值较大的组件的厚度作为轻量化设计变量,在保证一定的强度、刚度条件下,按照高刚度、轻质量的要求对车架组件进行厚度修改,实现车架轻量化。     

摩托车车架结构优化

首先建立了车架有限元模型,对其强度和刚度进行了分析;然后在疲劳试验机上进行试验,验证理论模型及分析结果的正确性.在此基础上,以车架轻量化为优化目标,车架主要构件截面尺寸为设计变量,刚度和强度为约束,对其结构进行优化,优化后车架质量减轻17.4%.     

基于灵敏度分析的商用车车架轻量化设计

运用Hyper Mesh软件建立某商用车车架的有限元模型,通过模态分析得到车架的动态特性,并结合模态试验验证了有限元模型的准确性。在此基础上对车架进行了弯曲刚度和扭转刚度分析。对车架部件进行了质量灵敏度、1阶固有频率灵敏度和柔度灵敏度分析,基于相对灵敏度分析结果确定车架的设计变量,以车架总质量最小化为目标,以车架1阶固有频率、弯曲刚度和扭转刚度不下降为约束条件,建立车架尺寸优化模型。优化结果表明:优化后的车架总质量减轻6.14%,同时第1阶固有频率提高6.09%,弯曲刚度提升1.21%,扭转刚度提升0.58%,验证了该车架轻量化思路的可行性。     

基于灵敏度的SUV车架多性能综合优化

建立某SUV车架的有限元模型,对车架进行弯曲刚度、扭转刚度和模态分析,并进行车架的弯曲和扭转刚度测试,测试结果验证了有限元模型的准确性。按照质量敏感度因子排序确定车架主要构件的优化对象,包括零件料厚和纵梁截面尺寸,并建立多目标优化模型。在提升弯扭刚度和低阶频率达到设计目标的同时,降低车架的总质量,达到轻量化设计的目标。     

基于有限元分析的FSC赛车车架轻量化设计

以大学生方程式赛车为实例,为了设计更高性能的车架,利用ANSYS软件校核车架的刚度,结合实验数据作为参考,在保证车架扭转刚度在目标值以上的前提下,不断修改车架的结构、钢管尺寸等,达到轻量化优化设计的目的,再通过软件分析车架强度与模态,保证车架的工作稳定性。优化后车架扭转刚度达到了2468.5N*m/deg,质量为27.659kg,达到预期设计目标。     

基于灵敏度分析的载货汽车车架结构优化

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。     

重型专用车车架轻量化结构优化设计

采用有限元法结合数学规划法对重型专用车车架进行了轻量化结构优化设计。该优化模型以车架的总重量最小为优化目标,以纵梁各段的板厚为优化设计变量,而以车架的强度值作为优化状态变量进行优化,并对优化后的模型进行刚度校核,最终得到的车架结构在满足强度和刚度要求的前提下,与原结构相比重量减轻约13%,取得了较好的轻量化效果。     

基于有限元法的自卸车副车架轻量化设计

介绍了某自卸车副车架的有限元分析、结构优化和轻量化设计,并对优化前后的副车架进行了强度刚度对比分析,为自卸车的轻量化设计提供了一种设计方法.     

大客车CAE分析及轻量化设计

通过有限元分析方法,对12m大客车进行了多工况下的刚度及强度分析;并通过灵敏度分析,对车身骨架进行了优化设计;同时,也呈现了一套通过数值模拟方法对大客车轻量化进行设计的方案,此方案对于客车优化设计具有一定的参考价值。     

基于拓扑优化和灵敏度分析的车架轻量化改进

对某货车车架进行有限元分析,通过有限元法和试验验证该车架存在局部应力过大的问题,但是整体可进行轻量化改进,利用拓扑优化理论进行优化分析,根据优化结果和生产实际,给车架增加一根横梁以消除其应力集中现象;根据静态灵敏度分析确定弯曲应力和体积对厚度的灵敏度,并找出敏感部位,通过优化计算提出轻量化修改方案。     

某牵引车车架轻量化有限元分析

以该车轻量化设计车架为研究对象,根据某牵引车在不同工况下的受力情况添加相应的载荷并进行受力分析,最后对车架的应力情况进行校核.校核结果充分肯定了该轻量化方案,为后期道路试验提供了参考,也为之后车辆的轻量化优化设计提供的了方向.     

Stress sensitivity analysis and optimization of automobile body frame consisting of rectangular tubes

At conceptual design stage, beam element is extensively used to create the frame structure of automobile body, which can not only archive the accurate stiffness but also reduce much computational cost. However, the stress definition of beam element is very complex so that the stress sensitivity and optimization are difficult to analytically derive and numerically program. This paper presents an solution to this problem and an application in the lightweight optimization design of automobile frame. Firstly, maximal Von Mises stress of rectangular tube is calculated by using the superposition of stress, which is together induced by the axial force, bending moments, torsional moment and shear force. Secondly, the sensitivity of Von Mises Stress with respect to size design variables: breadth, height and thickness are derived, respectively. Thirdly, an optimal criterion is constructed by Lagrangian multiplier method to solve the frame optimization with stress constraints. Lastly, numerical example of car frame proves that the proposed method can guarantee the stress of each beam element almost fully reaches at the yielding stress.     

基于PSO算法的反力架设计与优化

为提升盾构隧道专用反力架轻量化水平和降低制造及运输成本，对其结构进行优化。首先，依据设计的反力架结构建立其有限元模型，并结合工程数据类比确定载荷条件，验算反力架强度及刚度； 然后，以所有板材厚度为自变量、反力架总质量为因变量，利用方差分析的方法获得主效应图，确定5种对结构总质量贡献量大的板厚为优化变量； 最后，以5种板厚为设计变量，强度、刚度指标作为约束条件，反力架质量最小为优化目标，采用PSO算法进行求解。结果表明： 优化后结构的最大应力为252.2 MPa,最大变形为10.6 mm，反力架总质量从305.78 t降至274.85 t，减重比例为10.1%(30.90 t)，验证了结构优化的有效性。     

高压气体长管半挂车车架高强度钢板强度等代设计

高压气体长管半挂车是输送高压气体的专用车辆,减小车架自重是提高单车运输效率的有效途径。对车架强度等代设计进行了研究,在车架结构优化的基础上用高强度钢板A610L代替原钢板16MnL,使车架重量减轻了455kg。强度等代设计后,车架强度余量增加,在实现轻量化的同时提高了车辆的安全性。     

灵敏度分析在车身结构优化设计中的应用

应用灵敏度分析的方法对车身结构进行优化设计。首先,根据有限元分析,获得车身的模态和刚度性能;再次,以车身模态和刚度为约束条件,车身质量最轻为优化目标进行灵敏度分析,根据灵敏度分析结果选择合理设计变量,进行车身结构优化。优化后,不但实现了车身轻量化,还提高了车身模态频率和刚度。     

城市渣土车车架轻量化方案设计

本文介绍了城市渣土自卸车车架轻量化设计的开发背景,阐述了车架轻量化设计方案,新车架在原车架基础上降重5%。通过Altair HyperWorks软件对车架轻量化方案进行有限元分析,结合基础车市场表现情况,理论上初步论证了车架轻量化设计方案满足设计要求;然后开展车架台架试验验证了轻量化车架方案的可行性。