基于ANSYS某半挂车优化设计

摘要半挂车车身质量的减轻不仅可以节省材料，而且能提高整车的动力性和经济性，并减少排放。运用ANSYS优化模块对车架结构的轻量化设计进行了探讨，并得出理想的优化结果。

关键词半挂车；轻量化；ANSYS；优化设计

中图分类号：U469 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）12-0055-01

汽车的重量和汽车质量与能量消耗有直接的联系，在同一种情形下，100 kg下每辆车的重量损失，每百公里油耗将降低0.4至1升，汽车自身质量减少10%，燃料消耗可降低8%到6%，废气排放量显着下降。从司机的角度来看：汽车轻量化的改进，是将汽车的稳定性和噪声及振动加速度提高了。从安全角度来看：碰撞惯性小，制动距离减小。因此，汽车技术的轻量化设计已成为汽车领域的研究热点之一[1,2]。

1优化分析的一般过程

1）生成循环用的分析文件：参数化建模（PREP7）、求解（SOLUTION）、提取并指定状态变量和目标函数（POSTI/POST26）。

2）在数据库中建立与分析文件中变量相对应的参数。

3）进入OPT分析器，指定分析文件（OPT）。

4）设定优化变量。

5）选择优化工具或优化方法。

6）设定优化循环控制方式。

7）优化分析。

8）查看设计序列结果（OPT）和后处理（POST1/POST26）[3]。

2优化前有限元分析

1）扭转工况应力与位移分析。由图1、图2可以看出，在扭转工况下，最大变形出现在悬空侧的纵梁中前部，最大达到4.274 mm，小于技术协议中的经验值10 mm。受到的应力方面，最大平均应力出现在左纵梁前部下翼板与牵引销板向车架中心侧接触部位，达到93.8 MPa。小于预定的结构和材料的强度要求350 MPa。

图1扭转工况下的位移分布

图2扭转工况下的应力分布

2）模态分析结果。各阶频率与振型描述如表1所示。

表1前十阶固有频率

阶数 固有频率（Hz） 振型描述

1 5.367 车身沿X轴的刚性平动

2 16.683 车身一阶扭转振型

3 22.439 车身一阶弯曲振型

4 24.894 车身二阶扭转振型

5 38.23 车身二阶弯曲振型

6 47.263 车身扭转+弯曲

7 54.247 车身三阶弯曲振型

8 55.382 车身横向弯曲振型

9 75.581 边纵梁扭转+弯曲振型

+弯曲

10 76.687 边纵梁弯曲振型

3优化处理

1）强度约束。对于纵梁而言，主要承受弯曲应力，在垂直于地面的方向上的变形最大，通过有限元分析发现这个方向是受力最大的方向，底架材料16Mn的弹性极限是350 Mpa，强度状态变量是[4]。

2）刚度约束。对于车架而言，为了让整车和其他装置能够正常运行，应该在纵梁的最大弯曲挠度上进行控制，刚度状态变量为。刚度的约束，本文设置Y方向上的位移，因为半挂车车后部分的Y方向的位移是最大的，因此在这个方向上进行约束是很有效果的。依据厂方提供的技术协议，刚度方面，