基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
HyperWorks在铁路客车结构设计及优化中的应用--腾万秀
HyperWorks在铁路客车结构设计及优化中的应用滕万秀长春轨道客车股份有限公司HyperWorks在铁路客车结构设计及优化中的应用滕万秀(长春轨道客车股份有限公司研发中心)摘要: 随着铁路客车速度的提升，列车运行的安全性和舒适性问题越显突出，铁路客车基础制动装置作为客车结构设计中的重要部件之一，其设计的好坏直接影响着行车安全和车辆的各种性能指标。
通过使用HyperMesh软件对基础制动装置进行六面体网格划分，并通过ANSYS仿真分析软件进行仿真计算，确定了基础制动装置中最重要部件非手制动杠杆的应力分布情况，并进一步通过OptiStruct软件对该结构在保证强度的基础上进行了优化分析，使结构重量达到最小，结构最优。
关键词:基础制动装置HyperMesh OptiStruct 分析优化1 概述铁路客车基础制动装置作为客车结构设计中的重要部件之一，承担着列车减速、紧急制动、停止等功能，由于在整个制动过程中基础制动装置承受着较大的制动力，尤其是基础制动装置中的制动杠杆，因此保证该结构具有足够的强度是设计中需要重点考虑的部分，同时为了减轻轴重、降低成本又需要在设计过程中尽量减少基础制动装置的质量。
由于基础制动装置结构复杂，理论和工程计算都无法对该部件复杂的应力状态进行有效分析，因此在设计前期采用有限元分析的方法对结构进行强度分析是最好的解决方法。
通过使用HyperMesh软件对基础制动装置进行六面体网格划分，获得较好的网格质量，并通过ANSYS仿真分析软件中采用高阶单元进行有限元分析，确定基础制动装置的应力分布，并进一步通过OptiStruct软件对手制动杠杆结构在保证强度的基础上进行优化分析，确定出最佳的优化设计结构。
2 有限元分析2.1 有限元模型建立通过HyperMesh软件，对基础制动装置进行了六面体单元网格划分。
整个模型划分为450811个节点，378684个单元。
有限元模型见下图1、图2所示。
基于hyperworks的发动机支架的拓扑优化
谢谢！
（2）模型简介：
模型来自某客车的发 动机右后支架，由于软 件限制10000个节点， 模型太大故只取外支架 优化。 材料属性： E = 2.1e+05 NU = 0.3 RHO = 7.9e-09
（3）模型边界条件： 背面与车架相连，故处理成固定约束； 底面承载发动机，经简化可处理成： a 垂直方向承载发动机的重力为1800N，动载 系数为1.2； b 客车转弯时受到的最大侧向加速度为0.4g,换 算成力为720N； c 前进方向当客车制动时最危险，最大制动加 速度为0.7g，换算成力为1260N； 将这三个力平均分配在底面的四个螺孔上。
比较项目 最大应力ห้องสมุดไป่ตู้
原始模型 64.9MPa 4415 良好
优化后模型 54.6MPa 3925 良好
质量
制造工艺性
应力集中情况
良好
良好
6.结论
由对比可知： （1）优化后的第一模态频率从713.7HZ提高到 921.7HZ，以后各阶频率均有提高； （2）最大应力从64.9MPa减小到54.6MPa； （3）最大变形从0.128mm降低到0.113mm； （4）减重11%； （5）再设计的模型制造工艺性良好，且消除了 应力集中。
2.原始结构的模态和强度分析
（1）模态分析： 由于模型的长和宽远 远大于厚，故抽中面 当作薄壳作。 得到原模型的一阶固 有频率为713.7HZ 二阶为1158.7HZ 三阶为1382.1HZ
（2）强度分析：
3.拓扑优化设计
上图即为拓扑优化的结果，由于发动机支 架是车上的重要零部件，对客车来说更是严格。 故在定义约束和选择优化结果是都采取最大隶 属原则，以安全为第一目标，充分考虑性能方 面的因素，如：固有频率﹑强度﹑刚度等。 故选择第二幅图为二次设计的参考对象。
基于HyperWorks转向器支架结构优化及改进设计
基于HyperWorks转向器支架结构优化及改进设计李江;申伶;梁江波【摘要】针对某10×4自卸车新结构转向器支架在试验过程中发生断裂故障,从转向液压助力系统,转向器支架结构、断裂形式及受力情况进行原因分析,并运用CATIA三维建模和HyperWorks软件对转向器支架结构进行优化,并对改进后转向器支架进行静强度分析,使得安全因子大于2.5,最终通过可靠性验证,验证了改进后的转向器支架满足使用要求.改进后转向器支架安全系数提高到了安全因子的2.5倍,给车辆正常使用带来了一定的保证.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P49-51)【关键词】转向器支架;安全因子;Hyperworks;疲劳分析;试验验证【作者】李江;申伶;梁江波【作者单位】陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710200;陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710200;陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710200【正文语种】中文【中图分类】U463.410.16638/ki.1671-7988.2016.09.019CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)09-49-03转向器支架是车辆转向传动系统的一个关键零部件，它起到固定转向器的作用，车辆运行过程中，转向器支架受到转向机前后摆动的力，同时也受到转向机转动力矩的转矩。
当车辆转向到某一转角后不再转动的情况下，转向机输出力矩最大，转向器支架这时受到拉杆反作用力最大，若果转向器支架设计强度可以承受该力的冲击，转向器支架就可以可靠的使用。
转向器支架一旦断裂，转向器将不能被固定，车辆整个转向系统将不能实现车辆转向的功能，车辆将失去转向性能，这种情况对驾驶员存在一定的安全隐患。
所以转向器支架在设计过程中必须考虑最大受力情况下的安全因子大于1，以满足转向器支架强度满足整车使用。
基于HyperMesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2016.07.018基于HyperMesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计高静，梁江波，偶晨阳，安俊龙（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200）摘要：利用通用有限元分析软件HyperWorks11.0，对某重型车转向机支架进行了静强度分析及拓扑优化设计，优化后模型在满足零部件安全可靠性设计要求的前提下，减重效果明显，达到了轻量化的目的。
关键词：Hypermesh11.0；转向机支架；静强度分析；拓扑优化；可靠性中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2016)07-58-02Based on HyperMesh - turning machine Optistruct topology optimization designGao Jing, Liang Jiangbo, Ou Chenyang, An Junlong( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )Abstract: The use of finite element analysis software HyperWorks11.0, For a heavy vehicle steering bracket static strength analysis and topology optimization design, The optimized model components meet the safety and reliability of the design requirements of the premise, Weight loss effect is obvious, Achieve the purpose of lightweight.Keywords: Hypermesh11.0; Steering bracket; Static strength analysis; Topology Optimization; reliabilityCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-58-02引言结构优化设计是一种规格化的设计方法，要综合各方面的因素、要求、约束条件等等，将设计问题按优化设计所规定的格式建立健全数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案，从而产生一个理想的设计[1]。
铝合金客车转向柱支架优化设计
铝合金客车转向柱支架优化设计郝守海;王华武;徐茂林;田静【摘要】在整车CAE分析和实验验证符合装车要求的基础上,采用Hyperworks 软件对现有的铝合金转向柱支架进行有限元分析,以原有结构的静态性能为参考,采用Optistruct软件进行拓扑优化和尺寸优化分析.通过三轮优化分析,最终设计出全新的转向柱铝合金固定支架.结果表明,在保证转向柱支架使用性能的情况下其重量有了明显的降低,轻量化效果达到66.9％,同时零部件数量和铆钉数量也有了明显的减少,并且生产操作更方便.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P15-20)【关键词】客车;铝合金;Hyperworks;有限元分析;优化设计【作者】郝守海;王华武;徐茂林;田静【作者单位】东风商用车有限公司技术中心,武汉430056;东风商用车有限公司技术中心,武汉430056;东风商用车有限公司技术中心,武汉430056;东风商用车有限公司技术中心,武汉430056【正文语种】中文【中图分类】U463.83+1随着国际能源的日趋紧张，汽车轻量化逐渐提上日程，铝合金化对减轻汽车自重具有重要意义，也是近几年来国际汽车领域的一个研究热点 [1]。
客车实现轻量化的最行之有效的措施就是利用铝合金材料代替钢材料，而铝合金客车的核心技术在于骨架连接，目前连接主要有焊接和铆接两种[2]。
本文原转向柱固定支架采用L形接头、平板接头和铝型材骨架铆接而成，在某客车的CAE分析中已经证明其满足使用要求，但在装车过程中发现其结构复杂，制作工艺繁琐，生产效率低，而且重量偏大，因此有必要对其进行结构优化。
1 原结构方案及其有限元分析1.1 原结构方案原转向柱固定支架结构如图1所示，其利用L形铝合金接头和平板接头进行铆接连接，并固定在铝合金前围骨架上，而铝合金管材和转向柱之间仍采用钢制折弯板进行过渡连接。
该结构共计采用零件22个，铆钉92个。
基于Hyperworks的转向系统优化设计
基于Hyperworks的转向系统优化设计摘要：转向系统在汽车工业中起着关键的作用，直接影响到汽车的稳定性、灵敏性和操控性。
本文基于Hyperworks软件平台，对汽车转向系统进行优化设计。
首先，对转向系统各个关键部件进行建模和分析，获取部件的初始参数。
然后，通过有限元分析和多种优化算法，对转向系统进行优化设计。
最后，通过仿真实验验证优化设计的效果，证明本文方法的可行性和优足性。
关键词：转向系统；Hyperworks；优化设计正文：一、引言转向系统作为汽车的重要组成部分，直接影响到汽车的性能和操控性。
因此，对其进行优化设计具有非常重要的意义。
本文基于Hyperworks软件平台，针对汽车转向系统进行了优化设计，并取得了一定的成果。
二、研究内容1.转向系统建模首先，对转向系统各个关键部件进行建模。
具体而言，对转向机构、转向连接杆、转向缸等部件进行建模，并对各个部件的尺寸、材质等参数进行确定和分析，为优化设计和有限元分析提供准确的初始参数。
2.有限元分析基于Hyperworks软件平台，对转向系统进行有限元分析。
通过有限元分析，获取各个部件的应力分布和变形情况，并确保各个部件在各种工况下的强度和刚度满足要求。
3.优化设计在有限元分析的基础上，利用Hyperworks软件平台提供的多种优化算法，在减少材料使用、提高刚度和强度等方面对转向系统进行优化设计。
具体而言，通过遗传算法、粒子群算法等多种优化算法，对转向系统的结构进行优化，如优化转向机构的重量、优化转向缸的强度等。
4.仿真实验最后，通过对优化设计后的转向系统进行构建和仿真实验，验证优化设计的效果。
结果表明，经过优化设计后的转向系统具有更好的性能和操控性。
三、总结本文基于Hyperworks软件平台，对汽车转向系统进行了优化设计，并取得了一定的成果。
具体而言，通过转向系统建模、有限元分析、优化设计和仿真实验等步骤，实现了对转向系统性能的优化改善。
本文方法可为汽车工业的转向系统设计提供参考和支持，具有重要的实践意义。
23_基于HyperMorph参数化的转向节概念设计
基于HyperMorph参数化的转向节概念设计Steering knuckle conceptual design With parameter method based on HyperMorph黄永旺吴延龙王华（长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院CAE工程所重庆401120）摘要：本文基于HyperMorph+HyperStudy平台，利用参数化方法对某汽车转向节进行设计优化。
以厚度、形状作为参数化设计变量，转向节最大应力值和损伤为约束条件，质量最小为目标函数，在规定的设计空间内优化最佳的结构分布情况，得到满足目标要求的设计结构。
关键词：转向节参数化约束优化Abstract: This paper, based on "HyperMorph+HyperStudy", using parameter method to optimize the design of one car's knuckle structure. Defining the max stress and deformation as constraints, minimum mass as objective function to find out the best parameters in a limited volume. Then optimizing the design for the knuckle, to get a satisfying the target requirements of design structure.Key Words: kunckle, parameter, constraints, optimization1 概述参数化优化是一个面向多领域多学科的优化技术方法，在不断追求产品质量，降低开发成本和缩短设计周期的趋势下，利用概念阶段参数化进行快速优化设计是强有力的手段之一。
基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
杨小见;杨胜;宁忠翼;郝守海
【期刊名称】《客车技术与研究》
【年(卷),期】2012(000)001
【摘要】运用HyperMesh软件对全承载混合动力客车的转向机支架进行有限元分析和拓扑优化;参考拓扑模型,优化结构,对其进行轻量化设计,并对新支架进行有限元分析,确保其强度和刚度满足设计要求。
【总页数】3页(P14-16)
【作者】杨小见;杨胜;宁忠翼;郝守海
【作者单位】东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056;东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056;东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056;东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056
【正文语种】中文
【中图分类】U463.4
【相关文献】
1.基于Hyper Mesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计 [J], 高静;梁江波;偶晨阳;安俊龙
2.基于HyperMesh前板簧支架优化设计 [J], 冯勇;王峰;潘国鑫
3.基于Hypermesh/OptiStruct的发动机支架结构拓扑优化设计 [J], 唐涛
4.基于Hypermesh的矿用自卸车油缸支架的优化设计 [J], 牛云涛;卢立富
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重 １．ｋ。 １ ｇ ２
强度与 刚度 不足 ， 引起前 轮摆振 、 轮转 向反 映迟钝 、 会 前 方 向盘 自由间隙大等后果Ｉ２ ］ －。因此在设计 中 ， 于 Ｈ — 基 ｖ
ｐｒ ｅｈ ｅＭ ｓ 软件 的有限元分析 ， 在满足 强度 、 刚度前 提下对
转 向机支架进行优化设计 ， 实现轻量化 。
在 固定梁上 。初 始设 计方案如 图 １ 所示 。
ＤＬ Ｏ ５ｌ
ｊ
密度
７８ ｅ ／ ．２ 一９ｔｍｍ３
１ ０ ｍｍ
５１ ０ＭＰａ Ｉ２０ ｅ ５ ．８ ＋０
ｊ
Ｏ＿ ３
转 向机支 架采 用板 材 ，三边 翻边弯折 后焊 接在 固 定梁 上 ， 构简 单 ， 结 固定也 稳 固 ， 但是 质量 比较大 ， 未达
客 １ ４ 第 １ 期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ ＆ ＣＯＡ ＣＨ ＴＥＣＨＮＯ Ｌ０Ｇ Ｙ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ
基于 Ｈｙ ｅ Ｍｅ ｈ的客车转 向机支架的优化设计 ｐ ｒ ｓ
杨 小见 ，杨 胜 ，宁忠翼 ，郝 守海
４ ０５ ） ３０ ６ （ 风 汽车 有 限公 司 东 风商 用 车技 术 中心 ， 武汉 东
表 １ 转 向机 支 架 的 材 料 特 征
材料 材料厚度 屈服极限 Ｉ 弹性模量 泊松 比
ｌ ｉ
因前悬较 长和采用超低 地板结构 ， 向系统采用 卧 转
式转 向机 布置形 式 。考 虑到全 承载 车身底 架 的结构 特 点， 参考 以往 车型 ， 确定 转 向机支架采 用板式结构 ， 焊接
Ｏｐ ｉ ａ ｓｇ ｆＢｕｓ｜Ｃｏ ｃ Ｓ ｅ ｒｎｇ Ｇｅ ｒＢｒ ｃ ｔＢａ ｅ ｏ ｙ ｅ Ｍ ｅ ｈ ｔｍ ｌ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ａ ｈ ｔ ｅ ｉ ａ ａ ｋｅ ｓ ｄ ｎ Ｈ ｐ ｒ ｓ
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图 １ 转 向 机 的 布 置 形 式
簟 —●
图 ２ 转 向 机 支 架 的初 始 设
和支架 的固定方 式
计结构
１ 转 向机 支 架 的 初 始 方 案及 分 析
１１ 初始 结构及 网格划分 ．
运用 Ｈ ｐｒ ｅｈ 件对 该支 架 初始设 计 结 构 的刚 ｙ ｅＭ ｓ 软 度和强度进行分析 【 支 架材料特征如下表 １ ３ ］ ， 所示 。
到整 车轻 量化 的设计 目标 。 因此 ，先从 布置 形式 上着 手， 在确 保转 向机有 足够 的前后 安装 、 拆卸 维修空 间 和 最 小 的离地 间隙 的前提下 ，尽量 减少转 向机 支架 的前
要 求。
关 键 词 ： 车 ； 向机 支 架 ； ｐ ｒ ｅ ； 限 元 分 析 ： 化 设 计 客 转 Ｈｙ ｅ ｓ 有 Ｍ ｈ 优
中图分类号 ： ６ ． Ｕ４３４
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６ ３ ３ （ ０ ２ ０ — ０ ４ ０ １０ — ３ １２ １ ）１ ０ １ — ３
为使东 风某 全承 载结构 的插 电式混 合 动力城 市 客 车实 现整车轻量 化 ，达到提 高整车燃油经 济性 的 目标 ， 对 转 向系统转 向机支架进 行优化设计 ， 减少重量 。由于 转 向机支架 的强度与 刚度会 影响到转 向系统 盼 ｌ能 ， 生 其
后 跨度 和上下 高度 ， 从结 构上使 支架 外形 轮廓最 小 ， 重 量较轻 ， 到转 向机支架 的初 始设计 结构 如 图 ２所 示 ， 得
摘
要 ： 用 Ｈ ｐｒ ｓ 运 ｙ ｅＭｅｈ软 件对 全承 载 混合 动 力客 车 的转 向机 支 架进 行 有 限元 分 析 和拓 扑优 化 ： 参考
拓 扑 模 型 ， 化 结 构 ， 其 进 行 轻 量 化 设 计 ， 对 新 支 架 进 行 有 限元 分 析 ． 保 其 强 度 和 刚 度 满 足 设 计 优 对 并 确