CAE技术在产品开发中的应用 陕重汽汽车工程研究院CAE室.ppt
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* 车架横梁连接板结构优化和设计改进 优化方案——横梁连接板延长尺寸 螺栓孔位置 纵梁下翻边应力 纵梁上翻边应力 横梁连接板 横梁 原始设计 334.429MPa 302.681MPa 226.908MPa 192.427MPa 螺栓孔1 281.841MPa 268.031MPa 207.593MPa 114.885MPa 螺栓孔3 241.484MPa 255.65MPa 235.2121MPa 172.076MPa 螺栓孔5 213.493MPa 223.935MPa 256.207MPa 161.274MPa 螺栓孔6 204.002MPa 219.535MPa 248.974MPa 187.163MPa 螺栓孔8 179.32MPa 212.188MPa 262.22MPa 171.885MPa 螺栓孔10 172.143MPa 195.733MPa 264.331MPa 181.426MPa 车架横梁连接板结构优化和设计改进 根据优化结果显示,经过拓扑优化,该处结构优化到了螺栓孔位置6,由此可以得知,选择将连接板延长到螺栓孔位置6就可以满足车架纵梁上下翻边应力降低到疲劳极限范围内, 根据该优化方案,再修改连接板设计。因为拓扑优化过程中没有办法约束设计空间的应力值,所以此处优化结构中,连接板的应力远远超过疲劳极限应力值,需要重新设计该结构。 * 车架连接板结构优化和设计改进 形状优化——横梁连接板 原始设计 形状变量 * 车架连接板结构优化和设计改进 形状优化——横梁连接板 原始设计应力 改进后应力 * 车架横梁结构优化和设计改进 形状优化——横梁 原始设计 形状变量 * 车架横梁结构优化和设计改进 形状优化——横梁优化结果 原始设计应力/安全系数:429.518/0.83 改进后应力/安全系数:245.302/1.45 最大应力降低43% 车架分析和优化结论 利用有限元法进行车架的设计和分析,不仅精确可靠,而且周期短、费 用低,具有广泛的应用前景,有限元技术是企业实现技术创新、产品创新的 关键技术。 将有限元分析和结构优化设计方法相结合,一方面在保证车架静力学、 动力学性能的基础上,可进一步降低整车重量和生产成本,显著提高经济效 益;另一方面,在企业通过有限元技术的推广应用,从而在产品开发的初期 及时发现设计缺陷给予结决,尽最大可能消除了设计隐患,提高了产品设计 的可靠性和设计质量,减少和避免了设计后续大量重复性工作和不必要的生 产、试验浪费,将极大提升产品设计水平和企业核心技术的竞争力。 * 3.7 自卸车侧限位支架结构拓扑优化 原始结构模型 拓扑空间模型 结构拓扑优化:结果 拓扑过程 拓扑结果模型 确定设计方案:3D CAD模型 Catia 设计方案 1 设计方案 2 原模型和拓扑后模型静强度对比 原结构26.5kN静载应力分布 改进方案一26.5kN静载应力分布 改进方案一36.5kN静载应力分布 最大应力309MPa 最大应力223MPa 最大应力307.2MPa 改进方案二26.5kN静载应力分布 改进方案二35kN静载应力分布 最大应力232.8MPa 最大应力307.4MPa 原模型和拓扑后模型位移对比 原结构26.5kN静载位移分布 改进方案一26.5kN静载位移分布 改进方案一36.5kN静载位移分布 最大位移0.368mm 最大位移0.2792mm 最大位移0.3845mm 改进方案二26.5kN静载位移分布 改进方案二35kN静载位移分布 最大位移0.3406mm 最大位移0.4499mm 确定设计方案:3D CAD模型 Catia 设计方案 1 设计方案 2 分析结果列表 (最大位移和最大应力均为26.5kN静载情况下的结果) 对比量 数 值 最大位移 最大应力 质 量 原模型参数 0.368 mm 309 MPa 3.336 kg 优化方案1 参数 0.2792 mm 223 MPa 2.955 kg 变化量 -0.0888 mm -86 MPa -0.381 kg 变化率 -24.13% -27.83% -11.42% 优化方案2 参数 0.3406 mm 232.8 MPa 2.866 kg 变化量 -0.0274 mm -76.2 MPa -0.47 kg 变化率 -7.45% -24.66% -14.09% 优化结论 通过计算分析,两个优化模型较原设计模型质量分别减轻了0.381kg(11.42%)和0.47kg(14.09%),最大应力分别减少了27.83%和24.66%,达到了减轻重量和降低成本的目的(原计划减轻重量10%); 经过拓扑优化的两模型在破坏极限内最大静载荷分别由原模型的26.5kN达到了36.5kN和35kN,使支架的强度分别增
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