ZL4180型半挂牵引车车架的动态性能优化

对ZL4180型半挂牵引车车架的大量调研,表明该车车架90%的损坏都是由车辆行驶过程中自身的动力总成和路面不平而引起的振动所造成的。因此,需要对半挂牵引车车架结构系统进行基于动态特性的优化设计。为了采用有限元软件ANSYS的优化模块对半挂牵引车车架结构系统进行动态优化设计。首先建立了半挂牵引车车架结构系统的参数化模型。然后,对车架进行了基于静态特性与动态特性两方面的研究。在车架静态特性中,主要分析了车架在满载弯曲工况与满载扭转工况下的应力分布,并提取了车架在满载弯曲工况下4个关键部位的应力作为车架动态优化设计的约束条件。对车架进行了动态特性分析(模态分析、谐响应分析和瞬态动力学分析)。动刚性是对半挂牵引车动态性能影响最大的参数而它又是由固有频率来衡量,因此通过模态分析与谐响应分析确定影响半挂牵引车动态性能的关键频率。通过瞬态动力学分析确定半挂牵引车在越过路面障碍物时关键部位的动应力与动位移响应,并提取这些参数作为车架动态优化设计的约束条件。利用ANSYS软件对半挂牵引车车架结构进行动态优化设计。首先,以车架自重为目标函数,选取了20个车架的主要结构参数作为设计变量,以车架的静应力、动刚度、动应力和动位移为约束条件,对选取参数进行灵敏度分析,确定了7个对车架动态性能影响最大的结构参数；然后,以车架的动刚度为优化目标,在其他约束条件不变的情况下增加车架自重为约束条件,以灵敏度分析后得到的7个结构参数为设计变量,采用一阶优化方法,对车架进行动态优化设计。最后,本文提出了一种质量较轻、结构合理且静、动态性能优良的半挂牵引车车架结构的设计方案。