[发明专利]山地果园轻简化轮式运输机车架结构设计与优化方法

摘要

本发明公开了一种山地果园轻简化轮式运输机车架结构的设计与优化方法，该方法的步骤如下：建立运输机车架三维实体模型；利用有限元分析软件对车架模型进行各种工况下的静态分析，通过电测试验结果与有限元模型的分析结果进行对比，证明有限元模型的科学性，评价车架的强度和刚度等性能；对车架进行模态分析及疲劳分析，分别得出固有频率和疲劳安全系数等；根据有限元分析结果，以所建立的有限元模型为对象进行拓扑优化设计。本发明不仅解决了传统设计方式开发周期长、无法综合考虑运输机复杂的受力及变形情况等缺点，并且为轻简化轮式运输机的车架设计提供了一种快速、可靠、开发成本低的设计方法。

主权项

1.山地果园轻简化轮式运输机车架结构设计与优化方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)建立车架有限元模型；(2)假定运输机满载的情况下，对车架在弯曲和扭转两种典型工况下的受力和变形情况进行静态有限元分析；(3)通过进行静态电测试验与有限元模型的分析结果进行对比，从而验证有限元模型结果的可行性；(4)对车架进行模态分析，获得固有频率和振型；(5)对车架进行疲劳分析，获得疲劳寿命和疲劳安全系数；(6)对车架结构做形状拓扑设计，获得整体车架保证结构刚度最大的拓扑形状，根据拓扑形状得到车架尺寸优化的参考模型；(7)根据拓扑优化得到的参考模型建立上车架结构简单的优化模型，对车架结构做轻量化设计，获得上车架各梁的优化尺寸，使得在满足静动态性能的基础上降低车架的质量；所述步骤(3)静态电测试的关键点根据静态有限元分析的结果中应力较大处选取；所述步骤(4)模态分析采用自由边界支撑约束车架结构的刚体位移，分析过程不考虑外部载荷和边界条件，采用前八阶模态作为分析结果；所述步骤(5)利用ANSYS软件中的Fatigue Tool工具在优化前的应力分析基础上进行疲劳仿真分析，获得优化前车架的疲劳寿命和最小安全系数；所述步骤(6)利用ANSYS软件建立拓扑优化模型，运用ANSYS软件Optimization拓扑优化模块得到拓扑优化密度云图，并以此为基础进行车架结构的形状拓扑设计，获得参考模型；所述步骤(7)以上车架各梁的厚度、宽度和高度尺寸作为设计变量，以车架的质量为设计目标，运用ANSYS软件Goal Driven Optimization模块和Shape Optimization模块对车架结构做轻量化设计。