[发明专利]一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，包括对原始车架模型进行中面抽取，为了简化模型和降低计算量，进行几何清理，并且对较大的孔进行网格优化；最后对整体车架进行自动的网格划分，并且进行网格质量检查，对于质量没有达到要求的网格做进一步的处理；对车架模型施加符合工业要求的材料和构件连接方式。在完成以上的模型建立之后，对模型施加静态载荷，分析在不同工况下的刚度和强度变化，为轻量化设计提供依据。在车架满足强度和刚度要求的情况下，选取自变量，约束条件，目标函数，最后使用INSIGHT商业软件进行尺寸优化。本方法基于有限元分析实现了AGV车架的轻量化设计，在满足工业实际应用场景的条件下，节约了制造成本。

技术领域

本发明涉及车架轻量化设计领域，尤其涉及一种基于有限元分析的设计方法。

背景技术

随着经济全球化的发展和港口自由贸易的发展，港口集装箱运输业已经进入了快速发展时期。原有的拖挂车作业已经满足不了当前港口的需求，因此，重载AGV应运而生，它是一种装有自动导引系统的集装箱码头的搬运设备，与传统集装箱码头的搬运设备相比，具有安全性高、定位精确、工作效率高等优点，同时也具有重量大等缺点。重量大会产生一些弊端，例如：能源消耗大，速度相对缓慢等。因此，对重载AGV进行轻量化设计势在必行，轻量化设计一方面可以降低能源消耗率，从而实现节能，另一方面还提高整车安全性能。实现轻量化可以通过以下三种途径实现：第一，选用新型材料。选用高强度钢、精细陶瓷、复合材料等新型材料替代原有的普通钢材；第二，利用结构优化技术。利用尺寸优化，拓扑优化，形状优化等技术对结构进行优化；第三，采用先进制造工艺。采用变厚度板和热成型等先进制造工艺实现轻量化。

随着我国科学技术的进步，电子计算机行业迅速发展起来，计算机辅助设计和分析在工程领域的应用也随之增多，运用计算机仿真模拟使得一些极为复杂的问题变得迎刃而解。本申请利用有限元分析技术实现车架重量最小的目标，该技术具有较好的应用前景。

发明内容

本申请根据重载AGV车架实际工作情况对其进行载荷边界条件的确定以及工况的选取，在满足刚度及强度的前提下，利用有限元分析技术实现车架重量最小。

为达到发明目的，本发明提供一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，包括：

S100、在hypermesh软件中对车架原始模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理，然后进行网格划分和网格质量检查；

S200、对步骤S100中所得的车架网格模型选取有足够抗凹能力、足够结构刚度的并且有良好成型性能的材料，并为不同的零件选择不同的连接方式；

S300、对步骤S200所得的车架网格模型施加符合实际的静载载荷，包括施加货物总重量、电池箱总重量、动力总成重量和油箱重量，把货物重量以均布载荷的形式添加在有限元模型的相应节点上；

S400、对步骤S300中得到有限元模型施加弯曲工况和扭转工况，分别确定弯曲工况和扭转工况下的移动自由度、旋转自由度和边界约束条件，在弯曲工况和扭转工况的工况条件下，进行刚度和强度分析；

S500、把步骤S400得到的强度和刚度分析结果作为结构轻量化设计的依据，选取车身尺寸优化的自变量，根据工程经验设置自变量的上下限，根据车架关键节点的刚度和强度要求，对自变量设置约束条件，约束条件为一阶扭转频率和车身扭转刚度不能减小，选取尺寸优化的目标函数，然后使用INSIGHT商业软件对车架的网络结构进行优化，返回最佳的优化尺寸。

进一步地，S100中所述几何处理包括：去掉较小的倒角、倒圆角；去除非连接的工艺孔；去掉对车架应力和变形影响较小的构件；对于较大的孔，利用hypermesh进行网格优化。

进一步地，步骤S500中的目标函数是车架的重量。