基于 solidThinking Inspire 的某強夯機車架結構設計

技術支持

2019年11月18日 16:16

摘要:通過 solidThinking Inspire 優化技術，完成某強夯機車架輕量化結構設計，并應用 HyperWorks 相關軟件對優化結構進行校核計算，計算結果表明,solidThinking Inspire 能夠快速創建更輕更可靠的結構，實現仿真驅動設計。

關鍵詞: solidThinking Inspire 結構設計 HyperWorks 強夯車架

1 引言

目前，隨著計算機計算性能的提升以及 CAE 工具的提升，特別是有限元計算技術、拓撲優化技術、參數優化技術、形狀優化技術、疲勞壽命分析技術等商業軟件的開發和完善，使得 CAE 驅動設計成為現實。但是傳統的 CAE 軟件專業性強，通常需要專門的 CAE 分析人員進行這項工作。solidThinking Inspire 的出現，改變了產品設計師和結構工程師傳統的設計方式，使得不是專業從事 CAE 分析的普通產品設計師也能夠快速創建更輕的結構，更好地了解材料的分布規律，并可輕松導入 CAD 工具。本文以公司戰略產品——大夯能液壓履帶式強夯機車架為對象，應用 solidThinking Inspire，嘗試 CAE 創新設計。得到的新結構強度在全工況下滿足要求，車架重量較經驗設計輕 5.24 噸。

2 強夯車架結構設計

2.1 車架結構設計

該大夯能強夯機的整體結構如圖 2.1 所示，由工作裝置和車架組成，經驗設計的車架為箱型結構，重量為 12.44 噸，如圖 2.2 所示。以單邊不動，另一邊轉彎為初始優化設計工況，在 solidThinking Inspire 中建立優化設計模型，如圖 2.3 所示，單邊轉彎工況下，履帶架一端固定，簡化為車架一側法蘭施加固定約束，履帶架另一端施加最大驅動力，等效為在車架另一側法蘭上施加集中力和力矩，載荷工況如圖 2.4 所示，通過優化得到車架材料分布，如圖 2.5 所示。

根據 Inspire 得到的車架材料分布規律，將計算結果導入 CAD 軟件，同時考慮駕駛室、發動機、油箱等其他部件的布局，進行重新設計，如圖 2.6 圖示，新結構車架重量較經驗設計輕 5.24 噸。

圖 2.1 整體結構

圖 2.2 車架經驗設計結構

圖 2.3 車架 Inspire 優化設計模型

圖 2.4 載荷工況

圖 2.5 車架優化結果

圖 2.6 車架新結構

2.2 車架強度校核

在吊重和打夯工況下，車架受力較小，而轉彎工況下車架受力較惡劣，因此車架在轉彎工況下的強度和剛度是關注重點。在 OptiStruct 中對新結構進行轉彎工況下的強度和剛度校核：一側履帶架固定，另外一側履帶架約束豎向位移，動力頭處施加最大驅動力。向前轉彎工況、向后轉彎工況計算結果應力、位移分布如圖 2.7、圖 2.8 所示。