陈茹雯[1]2004年在《某军车车身有限元分析及拓扑优化》文中研究说明本文以某种军车虚拟车身为研究对象，采用壳单元建立了该车车身大骨架的详细的有限元模型，对其结构进行静态和动态有限元分析计算，定性分析该车身结构的刚度及模态，验证车身骨架设计。在此基础上，采用新兴的现代CAE优化技术——基于有限元法的拓扑优化技术对该车身骨架的拓扑结构进行重新设计，并对优化后的模型进行静态分析及动力学研究，对其刚度及模态有初步的认识，以期获得具备更好的动静特性的车身骨架模型，为该军车的车身设计提供理论依据。同时，初步探索了拓扑优化技术在车身设计中的应用，丰富和发展了现代车身设计方法，对提高我国车身设计的效率和水平具有积极的意义。 本文的研究表明，该军车车身的强度能够满足设计要求，但刚度稍有不足。通过自由状态下该军车车身前十阶频率的提取可知，该车原有车身骨架整体一阶模态频率较高，有较好的动态特性。 通过对优化后车身骨架模型的研究可知，经拓扑优化后，车身大骨架各项特性参数指标均有不同程度的提高，其中，质量减少26％，扭转刚度增大1.35倍，一阶扭转频率增大38％。由此可以得出结论，在工程实际上，基于有限元的拓扑优化技术应用于车身设计方面是可行的，采用此项技术可以大大提高车身的整体刚度。
陈茹雯, 李守成, 吴小平[2]2006年在《基于有限元法的拓扑优化技术在某军车车身骨架设计中的应用研究》文中研究指明利用基于有限元法的拓扑优化技术设计车身大骨架的拓扑结构。对优化后的车身骨架模型进行有限元分析,将其动、静特性参数与原设计作比较。研究表明,经拓扑优化后的车身大骨架各项特性参数指标均有不同程度的提高。
周伟[3]2011年在《客车车身结构轻量化设计》文中研究指明客车轻量化是客车发展的趋势之一,客车轻量化不仅可以降低客车能源消耗、减少环境污染、降低尾气排放,还能提高客车的动力性、操作稳定性、乘坐舒适性和行驶安全性。客车车身骨架是客车重要的承载件,其质量占客车总质量的20﹪～40﹪,车身骨架的轻量化对减轻整车的质量有着非常重要的意义。文中首先论述了车辆轻量化研究的重要性,实现轻量化的方法和国内外研究现状,分析国内在车辆轻量化研究方面所做的工作、不足之处以及与国外的差距。用有限元方法对大客车车身骨架进行静力分析、模态分析和结构轻量化设计,并阐述有限元方法的基本理论、基本概念和有限元分析的一般步骤。建立了大客车车身骨架全板壳单元的有限元计算模型,对该车身骨架结构进行弯曲工况、扭转工况和自由模态的有限元分析,从而求得了该车身骨架弯曲刚度、扭转刚度和前10阶的自由振动频率和振型,对原车身结构基本性能有一定的了解,为后续的轻量化设计提供依据。本文基于拓扑优化和灵敏度分析实现客车车身骨架的轻量化设计。首先建立客车车身拓扑优化区间,然后以车身骨架质量最小为优化目标函数,分别以弯曲刚度和扭转刚度为约束函数,建立大客车车身骨架的拓扑优化模型,并进行拓扑优化计算。根据拓扑优化的结果,设计出新的车身骨架结构,并对新旧车身骨架进行性能对比分析,以验证新设计的车身骨架是否满足要求,若不满足要求,则重新对拓扑优化结果进行构造甚至要重新进行拓扑优化设计,直到新车身性能满足要求为止,对符合要求的车身进行灵敏度分析。对拓扑优化后的车身骨架先建立尺寸优化模型,设计变量为204个车身骨架构件的厚度,以车身骨架的质量最小为目标,以刚度为约束条件,同时要求输出设计变量对目标函数和约束函数的灵敏度值,找到对车身质量和车身刚度比较敏感的构件,根据计算结果和现有客车车身骨架构件的产品系列,从新调整车身骨架构件的厚度,得到新的客车车身骨架结构。最后对经过灵敏度分析得到的客车车身骨架进行弯曲工况、扭转工况和自由模态的有限元分析,得到新车身骨架的弯曲刚度、扭转刚度和前10阶振型特征,并与原车身骨架的性能进行对比分析,结果发现新车身骨架结构弯曲刚度和自由振动频率明显优于原车身结构,新车身骨架的扭转刚度虽然有所下降,但仍在合理的范围内,与原车身结构相比,新车身骨架质量减少14.64%,取得了较好的轻量化效果。
李学修[4]2007年在《轻卡车身模态分析及其结构优化》文中研究表明本文阐述了车身的模态分析、车身轻量化、DOE分析方法以及拓扑优化方法的应用和研究的最新进展。建立了轻卡车身结构的有限元模型,运用有限元方法对轻卡车身进行模态和刚度计算,以解决轻卡车身存在的振动、刚度问题和车身的轻量化为目标,首次在车身板厚参数的优化过程中引入DOE分析方法,采用DOE分析和拓扑优化相结合的方式对车身进行结构优化。最终得到了可行的车身优化方案。本文所做的主要工作有以下几个方面:(1)建立轻卡车身的有限元模型。以轻卡车身的结构为基础建立了车身的计算模型,提出了建立车身模型的要求和原则,分析了建模过程中要注意的问题:包括CAD建模中结构的简化,CAE建模中几何模型的整理、单元的选取、焊点的处理,并对模型质量的评价指标进行分析。为同类车型的建模工作提供了依据。(2)车身的模态和刚度分析。运用有限元方法计算轻卡车身的自然模态和刚度情况。通过模态分析发现车身的第一阶模态频率和汽车怠速工况下发动机的激振频率很接近容易产生车身共振;通过刚度分析发现车身在扭转工况下刚度不足,车窗窗框变形较大。通过分析找出了导致该型轻卡在怠速工况时车身共振和扭曲道路试验时前风窗开裂的原因,为车身的优化工作提供了目标和方向。(3)车身板厚的DOE分析及改进设计。根据车身模态和刚度分析的结果,把车身的板厚作为优化参数,以提高车身的第一阶模态频率和减轻车身重量为优化目标,首次引入DOE分析方法找出车身主要覆盖件的最佳板厚组合并提出改进方案,通过对改进方案的分析计算轻卡车身的模态频率提高了16%,质量减轻了8Kɡ,验证了DOE分析方法的可行性。(4)车身结构的拓扑优化。通过DOE分析方法对板厚参数进行优化后,又建立了车身的拓扑优化模型对车身的结构进行形状优化,根据优化得到的拓扑形状提出了在顶盖和后围覆盖件冲压“X”型加强筋的方案。通过上述工作成功地解决了轻卡车身存在的振动和刚度问题,相信随着车身改进设计研究的不断深入,试验和计算机研究手段的发展,DOE分析与拓扑优化相结合的方法在车身结构优化的研究中将发挥更大的作用。
于多年[5]2009年在《重型商用汽车驾驶室结构与焊点布局优化研究》文中提出重型商用汽车在国民经济建设中起着十分重大的作用,同时对于重型商用汽车的使用者,对其制造成本、使用成本及产品性能也是十分关注的。作为汽车生产企业为满足使用者要求,提高市场竞争力纷纷投入资金、人力来提升产品性能,降低生产成本,同时对于降低使用成本也加大了力度。本文对于国内某企业开发的重型商用汽车驾驶室的结构优化与焊点布局开展了研究。在对于现有样车性能进行分析的基础上,采用拓扑优化方法对该驾驶室的外部板件与内部板件进行了优化减轻了该驾驶室的重量;对结构件截面也作了优化提升了该驾驶室的模态与刚度;对焊点布局进行了优化减少了焊点数量,从而减少了焊接工作量、降低了制造成本;对于改进的驾驶室的安全性做了验证以确保其安全可靠;最后提出了在概念设计阶段使用拓扑优化方法的新模式。通过本研究的实施,能够从根本上改变目前国内汽车行业的单纯仿制的被动局面,尽快形成自主开发能力。可以简化产品的设计开发过程,缩短产品开发周期,减少产品开发费用和成本。本研究还会对其他科技含量较高的汽车零部件的自主研发具有示范意义。
顾远之[6]2009年在《理疗床身模态分析及其结构优化》文中进行了进一步梳理本文阐述了模态分析、结构优化方法以及试验设计方法的应用和研究的最新进展。针对KM01型温热理疗床在使用过程中存在局部振动和噪声偏大的现象,对理疗床进行振动信号的虚拟采集,建立了理疗床身结构的有限元模型,运用有限元方法对理疗床身进行模态分析,以了解理疗床身存在共振为目标,采用拓扑优化和试验设计相结合的方式对理疗床身进行结构优化,最终得到了可行的理疗床身优化方案。本文所做的主要工作有以下几个方面:(1)理疗床振动信号采集系统设计。基于LabView平台设计理疗床振动信号采集系统,并介绍系统硬件设计与配置及软件设计。采集床身上数点振动加速度信号,FFT变换成频谱加以分析。(2)建立理疗床身的有限元模型。以理疗床身结构为基础建立了床身的CAD模型,将其导入HyperWorks后建立了CAE模型并分析了建模过程中要注意的问题:包括几何模型的整理、单元的选取、焊点的处理、边界条件的确定等,并对模型质量的评价指标进行分析。(3)理疗床身的模态分析。运用有限元方法计算理疗床身的自然模态。通过模态分析发现理疗床身的前叁阶模态固有频率都处在振动电机的频率变化范围内,证明确实存在共振,为床身结构的优化工作提供了目标和方向。(4)理疗床身拓扑优化。使用OptiStruct软件,以一阶模态固有频率大于55Hz为约束,通过拓扑优化的方法对理疗床的支撑梁的结构进行重新设计。通过改变理疗床身的结构来改变床身的固有频率,使其避开振动电机的频率变化区间,来消除共振。结果呈现了“V字型”的支撑形式。以此为依据对床身结构进行重新建模并进行模态分析,一阶频率大于55Hz,避开了共振区间。(5)理疗床身板厚及形状参数的试验设计及改进设计。根据床身拓扑优化的结果,把床身的板厚及形状作为优化参数,以减轻床身重量和提高床身的第一阶模态频率为优化目标,找到影响模态频率和床身质量的主要因素,并确定因素的最佳水平,为结构设计提供理论依据。本文的研究成果可对温热理疗床结构的设计提供一定的参考价值,同时也是拓扑优化和试验设计在产品设计中的一次成功应用。
参考文献：
[1]. 某军车车身有限元分析及拓扑优化[D]. 陈茹雯. 南京理工大学. 2004
[2]. 基于有限元法的拓扑优化技术在某军车车身骨架设计中的应用研究[J]. 陈茹雯, 李守成, 吴小平. 汽车工程. 2006
[3]. 客车车身结构轻量化设计[D]. 周伟. 吉林大学. 2011
[4]. 轻卡车身模态分析及其结构优化[D]. 李学修. 上海交通大学. 2007
[5]. 重型商用汽车驾驶室结构与焊点布局优化研究[D]. 于多年. 吉林大学. 2009
[6]. 理疗床身模态分析及其结构优化[D]. 顾远之. 南京航空航天大学. 2009