商用车架多学科优化设计.pdf

商用车架多学科优化设计 潘淑华 李保国 李继川 一汽技术中心结构强度研究室 赛特达科技有限公司 【摘 要】在商用车设计过程中，引入过程集成、流程自动化和参数化设计概念，并利用 Morph 功能实 现有限元网格自动化生成，在满足 7 种加载工况和由应力、频率、静态刚度的约束的前提下， 利用 Abaqus 软件进行仿真，通过优化方法实现车架质量最小。实践证明，减重效果明显。 【关键词】商用车多学科优化 有限元 参数化设计 1 项目意义 随着原材料的涨价，载货的限定，汽车结构的优化设计是迫切的需求。减轻汽车自身 质量一方面节约了原材料，降低了生产成本；另一方面也降低了燃油消耗，减少了排放， 有利于环保要求。 优化设计是近年来发展并应用起来的一门技术，已经应用到结构设计的各个方面，车 架设计也正在多方面引入了优化设计的概念。 为了在产品设计阶段进行优化概念设计，我们首先对车架特性进行深入细致的研究， 主要集中在车架静、动态方面。车架的强度、刚度是其承载性能的主要指标，模态是整车 振动特性及部件匹配的指标，按特性指标控制进行车架结构的参数优化设计，运用 isight 集成、驱动 hypermesh 、abaqus 等软件，考虑工程制造的可行性，获得最优的车架结构纵、 横梁位置布局，合理的纵、横梁及连接板的厚度匹配，综合获得最优的设计方案，节省材 料，降低成本。 2 车架分析方案制定 2.1 总体优化方案 在车架设计中，各部件总成质量分布如下图，从图中可以发现在车架减重优化中，纵 梁、纵梁内加强梁、纵梁前端、纵梁后部加强板是一个关键因素，其占整个车架质量的 63.9%，其次为大支架（为铸造件）及连接件（为铸造件），各横梁总成质量相差不大。因 此用 2 个阶段实现车架优化目标：第一阶段，从刚度、模态角度考虑，建立车架分析的梁 模型，通过调整各个车架各个断面的尺寸、横梁支架的位置关系，获得车架断面尺寸、横 梁位置的最佳匹配，起到一定的优化布局的作用；第二阶段，在断面尺寸优化的基础上， 建立有板壳单元组成的详细模型，开展强度、刚度、模态联合仿真优化，确定车架的最佳 尺寸匹配和板厚匹配，达到减小车架质量的目的。 1 700 600 500 400 300 200 100 0 架 架 版 版 外 内 端 成 成 成 成 成 成 成 成 成 支 支 强 强 梁 梁 前 总 总 总 总 总 总 总 总 总 桥 桥 加 加 纵 纵 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 梁 后 前 桥 桥 纵 横 横 横 横 横 横 横 横 横 后 前 一 二 三 四 五 六 七 八 九 第 第 第 第 第 第 第 第 第 图1 商用车架各个总成占总质量的百分比 2.2 分析工况 考虑到车辆使用过程工况的不确定性，在车架设计过程中，要综合考虑冲击载荷下的 强度、刚度、振动频率等的影响。车架的分析工况很多