某矿用半挂车车架有限元分析及拓扑优化杜现斌
集装箱半挂车车架结构拓扑优化设计
2005年1月农业机械学报第36卷第1期集装箱半挂车车架结构拓扑优化设计3石 琴 姚 成 马恒永 【摘要】 用AN SYS 软件对某集装箱半挂车车架进行了结构拓扑优化设计。
探讨了拓扑优化设计过程中,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题,分析了AN SYS 软件中有关拓扑优化函数的应用方法。
实现了拓扑优化方法在汽车结构的初始设计过程中的应用。
关键词:集装箱半挂车 车架 结构分析 拓扑优化中图分类号:U 27012文献标识码:ATopology Opti m iza tion D esign of the Fram e of Con ta i nerSem i -dragg i ng TrucksSh i Q in Yao Cheng M a H engyong (H ef ei U n iversity of T echnology )AbstractT h is w o rk is an attem p t to in troduce the op ti m al design of topo logy in the in itial stage of design of con tinuum structu res to ob tain better design of structu res .In th is paper the fo r m u las of hom ogen izati on m ethod is b riefly p resen ted .T he topo logy op ti m izati on of the fram e of con tainer sem i 2dragging truck s by m ean s of AN SYS softw are is carries ou t .T he design p rocess is described in detail .T he p rob lem of deter m in ing the o riginal structu re of the fram e of con tainer sem i 2dragging truck s and con tro lling the p rocess of the op ti m izati on is con sidered .T he resu lt of the topo logy op ti m izati on of the fram e is analyzed .T he app licati on of the techno logy of the topo logy op ti m izati on in the au tom ob ile structu re design is realized .Key words Con tainer sem i 2dragging truck s ,F ram es ,Structu re analysis ,Topo logyop ti m izati on收稿日期:200305193原机械部教育司青年基金资助项目(项目编号:815032)石 琴 合肥工业大学机械与汽车工程学院 副教授,230069 合肥市姚 成 合肥工业大学机械与汽车工程学院 硕士生马恒永 合肥工业大学机械与汽车工程学院 教授 引言结构优化分为结构尺寸优化、结构形状优化和结构拓扑优化(布局优化)。
一种基于有限元强度分析的半挂车结构改进方法
一种基于有限元强度分析的半挂车结构改进方法
王卫清
【期刊名称】《中原工学院学报》
【年(卷),期】2010(021)005
【摘要】用有限元计算方法对某型半挂车主纵梁的强度进行了分析计算. 通过有限元仿真计算,提出了在进行局部加强的同时,采用降低腹板高度,使用细而密的横梁结构的优化方案,能够解决对原来结构的局部应力集中现象,确保半挂车的结构强度.【总页数】3页(P70-72)
【作者】王卫清
【作者单位】泰州机电高等职业技术学校,江苏,泰州,225300
【正文语种】中文
【中图分类】U462.2+2
【相关文献】
1.基于CSR-H规范的大型矿砂船艏货舱结构强度分析改进方法 [J], 杨奇;薛鸿祥;刘洋;蔡忠云;唐文勇
2.半挂车车架有限元强度分析及优化 [J], 杨凤;张雷;刘军
3.半挂车车架的三维有限元强度分析与结构改进 [J], 张红兵;杜建红;等
4.一种基于有限元计算的半挂车强度分析 [J], 王卫清
5.半挂车车架有限元强度分析 [J], 邓楚南;何天明
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半挂牵引车车架有限元分析的开题报告
半挂牵引车车架有限元分析的开题报告题目：半挂牵引车车架有限元分析一、选题背景和意义：半挂牵引车是一种常用的运输工具，其安全稳定性对于交通运输行业至关重要。
车架是半挂牵引车的主体结构，负责承载车身和所装载物品的重量和力量，因此其结构安全性是半挂牵引车运行安全的重要保障。
有限元分析是一种理论计算方法，可以模拟实际的结构受力情况，对于车架的结构设计和优化具有重要的意义。
二、研究内容和方法：本研究将以一辆半挂牵引车的车架为研究对象，利用有限元分析软件进行车架的有限元建模，通过加载不同的载荷，分析车架的受力情况，找出车架的薄弱环节，并提出相应的优化方案。
研究方法主要包括以下几个步骤：1.车架有限元建模采用有限元分析软件对半挂牵引车的车架进行建模，选择合适的单元类型和网格划分，构建数值分析模型。
2.载荷分析根据实际情况，确定车架承受的载荷情况，在有限元分析软件中加载各种载荷，如静载荷、动载荷等。
3.应力分析利用有限元分析软件分析车架的应力分布情况，得出车架的最大应力和应力集中点位置。
4.应变分析利用有限元分析软件分析车架的应变分布情况，得出车架的最大应变和应变集中点位置。
5.结构优化根据有限元分析结果，找出车架的薄弱环节，提出结构优化方案。
采用有限元分析软件对优化方案进行验证和优化。
三、预期结果和意义：通过本研究，可以建立半挂牵引车车架的有限元模型，分析车架在不同载荷作用下的受力情况，找到车架的薄弱环节，提出优化方案，最终得到经过优化的车架结构。
这些结果可以为半挂牵引车车架结构设计和优化提供参考，提高其安全性和稳定性，减少车辆事故的发生，为国家交通运输事业的发展做出贡献。
基于有限元的半挂车车架阵型模态分析
基于有限元法的半挂车车架振型与模态分析汽车服务工程专业丁建建指导老师吴永海摘要车架是汽车上重要的承载部件，车辆所受到的各种载荷最终都传递给车架，因此，车架结构性能的好坏直接关系到整车设计的成败。
随着汽车工业的高速发展，对汽车的性能要求越来越高，这使得传统的设计计算方法已经无法满足现代汽车设计的要求。
有限元法的飞速发展为车架的结构性能的计算分析带来了新的革命。
本课题采用有限元方法对HYG9386半挂车车车架结构进行振型模态分析,运用Solidworks对车架进行三维建模,通过Ansys软件进行模态分析,计算了车架在施加位移约束下的前二十阶模态特性，识别出车架振型的模态参数,获得了车架在该状态下的固有频率和振型特征。
关键词半挂车，车架，有限元，模态分析1绪论1.1研究的目的和意义车架作为支承连接汽车的各零部件是汽车的主要骨架之一，它是整个整个汽车的基体。
整车的绝大多数部件和总成(包括地板、侧围、悬架和发动机等)都是通过车架来固定位置的,它将汽车的各总成有机连成一体。
汽车在行驶过程中作用在汽车各部件上的载荷都是动载荷，结构上产生的位移、应力、应变不仅随其在结构中的空间位置变化，车架要承受扭转、弯曲等多种载荷产生的弯矩和剪切力，同时受到来自路面和车桥的激振。
当载荷的频率与结构的某些固有频率接近或相等时，结构将产生强烈的共振，从而引起很高的动应力，它会使汽车各部分之间产生剧烈振动，会出现噪声过大，早期损坏汽车的某些部件的现象，降低汽车的使用寿命。
设计中除了要有足够的强度、足够的抗弯刚度和合适的扭转刚度保证汽车对路面不平度的适应性外，合理的振动特性也是十分重要的，因此车架对整车的刚强度、抗疲劳等性能和汽车的振动频率有非常重要的影响。
车架结构的模态分析是汽车新产品开发中结构分析的主要内容，尤其是车架结构的低阶弹性模态，它不仅反映了车架的整体刚度性能，而且是控制汽车常规振动的关键指标，应作为汽车新产品开发的强制性考核内容。
28t矿用汽车车架有限元结构强度分析
高（ 载） 满
（ 空载 ）
３２７ｍｍ ９
３３ ７ｍｍ ８
轴距 轮距 （ 前轮 ） （ 后轮 ， 指双 胎 中点之 问）
３６ ０ｍｍ ５ ２９ ６ｍｍ ０ ２５ ６ｍｍ ３
车架结构的合理与否直接影响到整车的工作性 能和可靠性能。利用计算机辅助设计手段 ， 通过有 限元分析 ， 能够快速准确地计算 出车架的受力情况 和 变形情 况 ， 而分 析 其 结 构 特 点 和 设 计 合 理 性 。 从
此 次车架 有 限元分析 我们 应用 了具有 世界 先进 水平 的 ＡＮＳ ｒｂｎｈ有 限元 分析 软 件 ， 析 了车 ＹＳＷｏｋ ｅ ｃ 分 架 在不 同工 况时 （ 态 、 驶 、 静 行 举升 、 两轮 沉陷 、 动 ） 制
所 受 的应力 及变形 反 映 。
３ 有 限元 分 析
★ 设 计 ・ 验 ・ 究 ★ 试 研
２ ｔ 用 汽 车 车架 有 限元 结 构 强度 分 析 ８矿
本溪北方机械重汽有 限责任公 司 杜 涛 董素波
【 要】 用有 限元线性 静力 结构 分析 方法 ， 矿用 汽车 的车架 在 复杂 、 刻 的道 路 和作业 条件 摘 利 对 苛 下 的各种 工况 进行受 力分 析 ， 得对 车架 这种 多变截 面 和铸 焊混 合结 构 的大 型结 构件 能 够快 速 高 使
半挂牵引车车架结构强度有限元分析及优化
架 的强 度 和 刚度 影 响不 大 ， 大 大 提 高计 算 量 ， 响 单元 却 影
质量从而降低计算精度 ， 因此 ， 模 型 简 化 过 程 中 ， 略 在 忽 了这 些几 何 细节 。车 架 附件形 状 和结 构 较复 杂 ， 考虑 到对 车架 的应 力 贡献 ， 作 了适 当 的简 化 。建 立 相应 的车 架有 也
摘 要 ： 对 某半 挂 牵 引车 车 架 建立 了有 限 元 分析 模 型， 针 并应 用有 限元 分 析软 件 对 各种 工况 下 的车 架 强度 进 行 了有 限元 分析 ， 为半挂 牵 引车车 架的 设计 及 改进 提供 了参 考依 据 。 关键 词 ： 挂 牵 引车 车 架 强 度 有 限元 半
在 平衡 轴横 梁处 车 架 两侧 铆 接厚 度 为 ８ ｍ 的侧 角板 。改 ｍ
进 前原设 计 车 架结 构如 图 １ 示 。 所
半挂 牵 引车 车架 是 通 过悬 架 、车 轮 支撑 在 路 面上 ， 为 得 到 半 挂 牵 引车 车 架 在 实 际使 用 过 程 中的真 实 应 力 分布
簧 单 元 ， 了模 拟 钢 板 弹簧 与车 架 之 间 的装 配关 系， 之 为 使
能 够 相 互 作 用 ， 成 一 个 整 体 ， 单 元 与 弹 簧单 元 的 连接 形 梁
图 １ 原 车架 结 构 示意 图
全 部 用多 点 约束 模 拟 ，为 了消 除车 架 的整 体 刚性 位 移， 还 应 将 前后 钢 板 弹簧 中心 施加 位 移约 束 。 车架 除 承受 载重量 以外 ， 为 主要 的联接件 ， 作 还承 受驾 驶 室 、 动机 、 发 油箱 、 电瓶箱 等 附件 的重力所带来 的载荷 ， 各
状 况 ， 须 考 虑悬 挂 系统 的变 形 情 况 ， 必 将悬 挂 系 统 与 车架
有限元分析在半挂
上装研究有限元分析在半挂车上的实战运用王大俊新乡华烁车辆有限公司，河南新乡，453011摘要：受轻量化趋势影响，市场上通常使用性能更好的材料和结构优化相结合的方法，使用有限元仿真技术辅助设计，来减少产品的研发周期。
由于专用车车型众多，没有相应的分析规范和标准，加上受人为因素和环境条件影响，有限元结果与实际产品使用存在不小的偏差，很多人质疑有限元研发仅仅存在于理论阶段。
据此，通过对半挂车研发设计和产品使用中暴露的问题，发现运用有限元分析具备有可行性和实战性，并为半挂车产品研发提供了可视化的有效参考答案。
关键词：半挂车；有限元分析；可行性；实战性中图分类号：U469.5收稿日期：2023-11-13DOI：10 19999/j cnki 1004-0226 2024 01 0111前言近年来，随着相关法规的完善和行业竞争日趋激烈，市场对半挂车轻量化要求越来越高。
很多企业在满足使用要求前提下，采用强度更高和厚度更薄的板材，再通过结构优化的方法，进而达到降低整车重量。
本研究以38m³粉罐半挂车和13m 鹅颈半挂车为对象，应用HyperWorks 软件进行结构仿真分析。
通过实际车辆建立分析模型，分析结果与售后的车辆进行对比，然后进行结构再优化设计，得出有限元分析在结构研发设计和优化上具备有很强的实战性。
2有限元模型建立2.1材料特性参数本文通过两种车型作为研究对象，一种车型38m³粉罐半挂车，整车使用板材为T610L ；另一种车型13m 鹅颈半挂车，小零部件使用板材为T700，腹板和下翼板使用板材为T980。
材料性能参数见表1。
表1材料性能参数T610L T700T9807830783078302062062060.30.30.362970110106747551033252814.22.2网格划分整车由薄钢板直接拼焊、折弯或者卷制成型后拼焊而成，零部件的几何尺寸远大于板厚，所以对车架采用壳单元（PSHELL ）进行网格划分，网格单元类型以四边形单元为主［1-2］。
半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计
横梁 、２根 前 后 横 梁 、２根 边 梁 及 支 架 等 焊 接 而 成 。根据 其 结 构 特 点 ，选 择 ｂａ ８ ｅｍ１８梁 单 元 并 通
过定义 截面 形 状 和 偏 置 距 离 模 拟 主纵 梁 及 横 梁 和 边 梁 ，选 择 ｃｍｐｎ４单 元 模 拟 板 弹 簧 。车 架 材 料 ｏ ｉｌ
半 挂 汽 车车 架有 限元 模 态 分 析 及 优 化 设 计
蒋红旗 李 顺才 ， １中 国矿 业 大学深部 岩 土 国家重点 实验 室 徐 州 ２ １０ ２０ ８
２徐 州师 范大学机 电工程 学 院
摘
徐州
２ １ １ ２ １６
要 ：车 架 是 半 挂 汽 车 结 构 件 中结 构 和 载 荷 都 很 复 杂 的 关 键 部 件 ，为 提 高 车 架 整 体 性 能 ，对 某 型半 挂 汽
、
ｆａ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ，ｉ ｒ ａ ｅ ｈ ｏ ｏｒ ｒｆｅ ｅ ｃ ｒｍ ｔｕ ｔｒ ｎｃ ｅ ｓ ｓｔ ｅ ｌｗ— ｄｅ ｑｕ ｎ ｙ，ｉ ｒ ｖ ｓｔ ｎ ｍｉ ｅ ｏｍ ａ ｃ ｎｄ ｐ ｏ ｉｅ ｈ ｏ ｅｉ ａ ｓｓｆ ｒｄｅ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｈｅｄｙ ａ ｃ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅａ ｒ ｖｄ ｓｔ ｅ ｒ ｔｃ ｌｂａ ｉ ｏ — ｆ ｓｇ ｎｄ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔｔ ｈ ａ ． ｉｎ ａ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｏ ｔ ｅ ｆ ｍｅ ｌ Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ： ｓ ｍｉｔａｌ ｒ ｒ ｍｅ；ｆｎｉ ｌ ｍｅ ｔ ｅ —ｒ ｉｅ ；ｆａ ｉ ｔ ｅ ｅ ｎ ；ｍｏ ｌａ ａｙｓｓ；ｏ ｔｍ ｉａ ｉｎ ｄ ｓｇ ｅ ｄａ ｎ ｌ ｉ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｉ ｎ
０ 引言
目前 ，各 种专 用 车 辆 普 遍 存 在 自重 大 、重 心
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煤矿机械Coal Mine Machinery Vol.34No.01 Jan.2013第34卷第01期2013年01月1建立车架有限元模型在不影响分析结果精度及准确度的情况下对半挂车车架进行一些必要的简化及假设：（1）去除组合灯支架及对强度、刚度影响不大的立柱下方盒、下方盒翼板等；（2）忽略车架上细小的折弯和圆角等结构；（3）假设该车架各部件的焊接均为等强度焊接，且强度等于部件本身的强度；（4）整个组成车架的部件材料假设一致且各向材质同性。
车架的形状复杂，在建立有限元模型时，采用能较好适应不规则形状而且能满足一定精度要求的shell93号板壳单元，该单元是8节点二阶单元，单元每个节点有6个自由度。
对车架进行网格划分时，要注意对网格数量、疏密、阶次、质量和布局的控制。
本文采用单元边长40mm为参考划分网格（部分位置进行了细化），整个模型有43175个单元，134673个节点（模型略）。
2边界条件及载荷施加边界条件半挂车车架前部通过牵引销座板支撑在牵引车鞍座上，车架后部有4组支架，通过钢板弹簧、轮胎支撑在路面上。
由于不考虑钢板弹簧的作用，因此可将边界条件做如下处理：在半挂车前部将牵引销座板的中间位置作全约束；在半挂车后部约束各支架Y向（即垂直方向）位移。
载荷施加半挂车所受载荷比较简单，主要是自身重力及货物重力。
自身重力的施加通过定义材料密度以及垂直方向振动加速度的方式实现，货物则以均布力的形式作用在主纵梁上翼板、副纵梁上翼板及边框的上表面。
3车架的有限元分析及结果（1）静态满载弯曲工况满载弯曲工况下半挂车车架整体应力分布如图1所示。
从图中可以看出在满载弯曲工况下，车架前部以及后桥一轴前后的应力较大，最大应力为524MPa,出现在车架横梁A与纵加强板焊接的位置，如图2所示。
从图中可以看出，除了2个与纵加强板焊接的位置，整个车架横梁A的应力水平都比较高。
车架横梁A所用的设计材料为高强度热轧冷成型钢，其屈服极限为700MPa，所以在静态弯曲工况下，满足强度要求。
但在实际使用中，由于路面冲击、车架振动等原因，此处的实际应力水平可能高于材料的屈服极限，容易发生开裂等破坏。
图1弯曲工况整体应力云图图2弯曲工况前端应力图（2）静态满载扭转工况扭转工况是指该矿用半挂车行驶在不平路面某矿用半挂车车架有限元分析及拓扑优化杜现斌，张为春（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博255049）摘要：车架是整车的关键部分，为了对其进行优化设计，基于有限元分析软件ANSYS建立车架有限元模型，再对车架在弯曲、扭转2种典型工况下施加相应的边界条件和载荷进行静态分析，通过分析结果找出车架中应力较大的部位来校验其强度是否符合要求，最后对车架进行初步的拓扑优化。
关键词：有限元分析；拓扑优化；矿用半挂车车架中图分类号：TD562文献标志码：A文章编号：1003－0794（2013）01－0113－02 Finite Element Analysis and Topology Optimization of Mine Semi-trailer FrameDU Xian-bin,Z H ANG Wei-chun(School of Transportation and Vehicle Engineering,Shandong University of Technology,Zibo255049,China) Abstract:Frame is a key part of the vehicle,and for the sake of the optimization of design,the finite element model of the frame was created based on ANSYS,and then applied the corresponding boundary conditions and loads for static analysis under the two typical operating conditions of the bending and twisting.And then identified the part suffered a relatively bigger stress in the frame by analyzing the results to verify whether it meets the requirements of its strength.And finally,a preliminary topology optimization was made for the frame.Key words:finite element analysis;topology optimization;mine semi-trailer frameNODAL SOLUTION SUB=1TIME=1SEQV(AVG) DMX=10.628 SMX=523.695JUN3201109:15:02NODAL SOLUTION SUB=1TIME=1SEQV(AVG) DMX=10.628 SMX=523.695JUN3201109:48:070116.377232.753349.13465.50758.188174.565290.942407.318523.6950116.377232.753349.13465.50758.188174.565290.942407.318523.695 XXA上的工况。
此时车轮与地面接触不良，在均布载荷作用下，车架发生扭转。
该工况下半挂车车架受力情况和约束都较弯曲工况复杂，这里主要模拟2种状况，左后桥前两轮同时通过一低洼路面；以及左后桥后两轮同时通过一低洼路面。
第1种情况下放松左后桥前2个支架的垂直约束，第2种情况放松左后桥后2个支架的垂直约束。
其余约束及载荷的施加与静态弯曲工况一致。
扭转工况1模拟的是左后桥前两轮同时通过一低洼路面的状况。
此工况下，车架整体应力分布如图3所示。
从图中可以看出，扭转工况1的应力水平较弯曲工况有了明显提高，车架前部、后桥前支架右侧以及第3组支架的左侧应力较大，最大应力为605MPa，发生在车架横梁A与左侧纵加强板焊接的部位，如图4。
图3扭转工况1整体应力云图图4扭转工况1前端应力图扭转工况2模拟的是左后桥后两轮同时通过一低洼路面的情况。
此工况下，车架的整体应力分布如图5所示。
从图中可以看出，应力较大部位主要发生在车架前部、后桥第2组支架左侧以及第4组支架右侧位置，最大应力为657MPa，出现在副纵梁腹板与车架横梁A焊接的角点位置，如图6所示。
最大应力已逼近材料的屈服极限700MPa。
图5扭转工况2整体应力云图图6扭转工况2前端最大处应力云图4车架的拓扑优化拓扑优化技术是用来确定系统的最佳几何形状，同时可以使系统的材料发挥最大的利用率的情况下确保系统诸如整体刚度、自振频率等在满足工程要求的条件下得到极大值或极小值。
对该半挂车车架选用OC优化计算方法，收敛公差设定为0.0001。
目标函数为车架的刚度，约束函数为车架的体积，输入体积减少50％,迭代次数为16次，最终优化后得到车架的最优拓扑结构如图7。
优化后的结构虽然还不能明确给出车架纵横梁的布置，但根据优化的结果可以对车架合理地进行纵横梁结构方案设计，图8所示便为分析优化后得到的车架结构方案。
图7车架最优拓扑结构图8车架各梁结构设计方案5结语通过整个课题的研究工作，得出以下结论和成果：（1）利用有限元分析软件ANSYS建立了以板壳为基本单元的有限元模型，相比以往用梁单元建立有限元模型的情况精度有很大提高，同时该模型还能反映横、纵梁接头区域的应力分布等缺陷；（2）对半挂车车架进行静力分析，在载弯曲工况下，车架的整体应力水平较低，满足设计要求。
而在扭转情况下,应力和变形比较大，尤其是在满载扭转时，车架的最大应力已经接近了材料的许用应力，应当进行强化。
参考文献：［1］钟兵.基于Hypermesh的矿用车架优化设计［J］.煤矿机械，2010，31（6）：26-27.［2］秦昊，张强，李洲.SRT55型矿用自卸车车架结构数值分析及优化［J］.煤矿机械，2009,30（9）：103-105.［3］蒋红旗，李顺才.半挂汽车车架有限元模态分析及优化设计［J］.起重运输机械，2011（5）：27-30.［4］李正网.基于ANSYS的重型货车车架结构分析和优化研究［D］.重庆：重庆交通大学，2009.［5］刘学静.应力约束下半挂车车架的拓扑优化设计［D］.大连：大连理工大学，2006.作者简介：杜现斌（1988-），山东临沂人，山东理工大学在读硕士研究生，车辆工程专业，主要从事工程车辆设计与控制技术方面的学习研究，电子信箱：duxianbin2010@.责任编辑：于秀文收稿日期：2012－08－02第34卷第01期Vol.34No.01某矿用半挂车车架有限元分析及拓扑优化———杜现斌，等NODAL SOLUTION SUB=1TIME=1SEQV(AVG) DMX=19.296 SMX=605.931JUN5201116:25:39NODAL SOLUTION SUB=1TIME=1SEQV(AVG) DMX=10.686 SMX=609.933JUN6201116:21:470134.651269.303403.954538.60567.326201.977336.628471.28605.93X0134.651269.303403.954538.60567.326201.977336.628471.28605.93NODAL SOLUTION SUB=1TIME=1SEQV(AVG) DMX=43.052 SMX=657.5380143.836287.673431.509575.34671.918215.755359.591503.428657.530143.836287.673431.509575.34671.918215.755359.591503.428657.53NODAL SOLUTIONSTEP=1SUB=1TIME=1TOPO(AVG)DMX=8073SMN=.001146SMX=1JUN7201117:44:15.223114.445081.667049.889016.001146.334097.556065.7780321.11213XZY。