機車結構
關注創建者：再見杰克 創建時間：2017-01-13
機車結構的實例教程
機車車輛結構疲勞壽命預測方法的研究
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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。
展開 5 結論
本文應用 HyperWorks 軟件對某款裝載機車架進行了系統建模、分析、優化，通過計算分析找到了原設計結構的危險點。通過優化分析，得到了更加合理的車架結構。優化結構的最大應力大幅降低，關鍵焊縫位置的應力集中消失，大大提高了車架的可靠性。另外，優化后車架的變形也有所 減小，說明剛度也得到了加強。通過此分析項目，筆者充分體驗到了HyperWorks軟件在CAE建模、分析、優化上的強大功能。
*本文投稿自工程機械制造行業用戶張俊
車架是起重機三大結構件之一，其剛度、強度性能對起重機的吊載性能、可靠性、安全性有著至關重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經濟性可提高3.8%。輕量化設計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率，將重量做到最低，這是降低成本節約能耗的重要手段之一。
本文通過 HyperMesh 有限元軟件的 OptiStrcut 優化模塊，對某汽車起重機車架進行截面尺寸、板厚優化，最終重量降低了253Kg，預計單臺節約成本1200元。
1 車架輕量化設計理論
優化理論
輕量化設計通常包含新型材料的開發和自身結構的優化這兩種路徑，本文則是通過第二種路徑來實現車架的輕量化設計。本文的結構優化設計指的是:基于 OptiStruct 內置的可行方向法（MFD），對主體焊接總成的厚度、尺寸進行最佳組合設計的理論與方法。這種設計思想的具體實現方式是:基于一定的程序算法，在設計可行域內，逼近能夠滿足預期設計目標的、最符合設計要求的狀態。由于此內置算法基于的是梯度優化算法，采用這種方案通常不一定能在全局找到最優的一個解，但是能得到一個比之前更優的設計，在工程上具有很重要的實際意義。此優化算法具有以下特征：
自動調整設計變量逐漸趨于最優區域，避免了設計人員以經驗注意為驅動來進行設計的思路；
基于梯度運算的優化算法，大大提高了計算效率；
可根據實際情況，設置多個合理的初值點，使得優化結果逐漸趨于全局最優解；
可通過設置各個工況“權重”的方式實現多目標的優化設計。
操作步驟
優化過程包含3個關鍵要素，即設計變量、約束條件、目標函數。
展開 </p><p><br></p><p><br></p><p><strong>5</strong></p><p><br></p><p><strong>結論</strong></p><p><br></p><p>本文應用 HyperWorks 中的 OptiStruct 對起重機車架進行了輕量化設計，調整車架截面尺寸和部分板件的厚度。經過優化，車架主焊接結構減重253KG(5%)，剛度性能比優化前略有提升，應力滿足要求，吊載應力測試試驗及可靠性試驗均滿足要求。
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<p class="ql-align-justify">*本文投稿自工程機械制造行業用戶張俊</p><p><br></p><p><br></p><p>車架是起重機三大結構件之一，其剛度、強度性能對起重機的吊載性能、可靠性、安全性有著至關重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經濟性可提高3.8%。輕量化設計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率
*本文投稿自工程機械制造行業用戶張俊
車架是起重機三大結構件之一，其剛度、強度性能對起重機的吊載性能、可靠性、安全性有著至關重要的作用。大量研究表面，汽車燃油消耗的50%是由整車重量引起的，整車重量每降低10%，燃油經濟性可提高3.8%。輕量化設計是指在保證其基本性能的情況下，盡可能提高材料利用率，將重量做到最低，這是降低成本節約能耗的重要手段之一。
本文通過 HyperMesh
各種皮層／核芯層材料的組合，包括軟質皮層／硬質核芯層材料、純料皮層／回收料核芯層以及純塑料皮層／強化核芯層材料，被廣泛應用于日用品、汽機車及結構應用。使用共射成型的主要優點為節省成本、廢物利用及產品效能提升。
共射成型制程開始將第一射的材料（皮層材料）以預定的短射體積射入模穴中，接序第二射（核芯層材料）直到模穴充填完全為止。
各種皮層／核芯層材料的組合，包括軟質皮層／硬質核芯層材料、純料皮層／回收料核芯層以及純塑料皮層／強化核芯層材料，被廣泛應用于日用品、汽機車及結構應用。使用共射成型的主要優點為節省成本、廢物利用及產品效能提升。
共射成型制程開始將第一射的材料（皮層材料）以預定的短射體積射入模穴中，接序第二射（核芯層材料）直到模穴充填完全為止。
各種皮層／核芯層材料的組合，包括軟質皮層／硬質核芯層材料、純料皮層／回收料核芯層以及純塑料皮層／強化核芯層材料，被廣泛應用于日用品、汽機車及結構應用。使用共射成型的主要優點為節省成本、廢物利用及產品效能提升。
共射成型制程開始將第一射的材料（皮層材料）以預定的短射體積射入模穴中，接序第二射（核芯層材料）直到模穴充填完全為止。
02
行業案例展示-某機車底盤
— 模型簡介 —
Simufact Welding
某機車底盤結構由上板、下板、加強筋、支撐、樞軸等共計25個結構件通過焊接工藝裝配組成。
各種皮層／核芯層材料的組合，包括軟質皮層／硬質核芯層材料、純料皮層／回收料核芯層以及純塑料皮層／強化核芯層材料，被廣泛應用于日用品、汽機車及結構應用。使用共射成型的主要優點為節省成本、廢物利用及產品效能提升。
共射成型制程開始將第一射的材料（皮層材料）以預定的短射體積射入模穴中，接序第二射（核芯層材料）直到模穴充填完全為止。
關鍵詞：防撞柱;有限元;輕量化;HyperWorks;
隨著鐵路行業的發展，內燃機車的設計趨向于高速重載，機車結構輕量化也成為重要的關注點。機車輕量化可以降低軸重、降低牽引功率、減少能耗、提升運行品質、降低制造成本。
各種皮層／核芯層材料的組合，包括軟質皮層／硬質核芯層材料、純料皮層／回收料核芯層以及純塑料皮層／強化核芯層材料，被廣泛應用于日用品、汽機車及結構應用。使用共射成型的主要優點為節省成本、廢物利用及產品效能提升。
共射成型制程開始將第一射的材料（皮層材料）以預定的短射體積射入模穴中，接序第二射（核芯層材料）直到模穴充填完全為止。
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