工程车辆车架的拓扑优化与减重设计

在某工程车辆的试制过程中，暴露出车辆重量偏大、机动性能差等技术问题。因此在保证车辆总体性能不削弱的前提下，对其进行减重设计成为刻不容缓的研究课题。本文以此为研究背景，综合利用三维建模技术、有限元法和结构拓扑优化理论等，对车辆的副车架进行结构刚强度分析和拓扑优化，为该类车辆的总体设计和结构设计提供理论依据和决策参考。 本文对有限元法的基本建模理论、基于变密度法的结构拓扑优化算法以及车架的材料选型原则进行了论述。基于UG平台构建了车架三维实体模型，在对其结构特点和载荷状况进行分析的基础上，建立了车架的有限元模型，并进行了刚强度仿真和模态分析，对数值计算结果作出讨论。 基于副车架的三维实体模型定义了优化设计空间，在此基础上建立用于拓扑优化的车架有限元模型，进行了拓扑优化计算，并获得了优化结果。结合实际制造要求，将优化结果导入三维造型软件并进行修改，获得了车架拓扑优化三维模型。 基于拓扑优化结果，对副车架进行了结构修改设计，建立了优化方案的结构有限元模型，并对其刚强度和模态特性进行了数值仿真。通过对比拓扑优化前后的车架应力、变形和模态特性，验证了上述拓扑优化分析是行之有效的。