半挂油罐车有限元分析与车架拓扑优化研究

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现在的半挂油罐车通常是根据工程师的经验来设计的,严重缺乏相应的理论分析计算。在设计过程中极有可能存在局部结构不合理的现象,有些局部结构承载力过强,浪费材料并且增加自重,有些结构又比较薄弱,这些问题在企业实际的设计制造中屡见不鲜,这样的油罐车使用起来既不安全也不合理。所以,对半挂油罐车结构强度刚度进行相应的理论分析计算必不可少,对实际设计生产都有很大的指导性作用。本文以某公司新设计的某款半挂油罐车结构为研究对象,采用ANSYS Workbench对油罐车罐体和车架结构建立有限元模型,进行该结构静力分析和模态分析,结果显示原结构可以满足设计要求并且具有优化空间。于是本文运用以变密度法为基础的拓扑优化方法对车架结构进行拓扑优化,参考优化后得出的结果重新建立模型,得到了新的横梁数量以及横梁相对纵梁的分布位置,原车架结构中有1 1根横梁,经过优化分析后可知保留9根横梁即可满足要求,并对保留9根横梁的车架结构的强度、刚度和模态性能进行分析。本文通过对改进后结构的有限元分析,证明了新结构满足设计要求。可以得出相应结论,经过拓扑优化后得出的新车架结构的刚度、强度和固有频率均可保证符合设计标准。车架的整体动力学性能仍可保证,尤其是固有频率并未与路面激励频率、发动机自振频率重合,使该结构避免了共振,达到了设计要求。车架结构减少2根横梁共减重15.2kg,实现了轻量化的设计目标。
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