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随着结构优化理论的进一步发展,结构拓扑优化技术作为一种更高层次的结构优化设计方法被认为是结构优化领域中更为复杂、困难和更具挑战性的课题。结构拓扑优化可在改善或保持结构性能的基础上得到材料的最优分布,它使复杂结构在概念设计阶段即可灵活、理性地进行方案选择,达到既减少设计周期又减少制造成本的功效。本文就其在载货汽车车架结构优化设计领域的应用进行了初步探讨,主要研究工作有:(1)探讨了将较复杂结构拓扑优化的拓扑理论、优化模型以及寻优方法在车架优化中的应用,并为实际的工程应用提供了指导。(2)利用HyperWorks的优化模块Optistruct,依据设计要求以及某载货汽车主车架的实际尺寸、载荷情况以及边界条件建立了拓扑优化基础模型,优化过程中设计变量考虑了左右对称约束和上下对称约束,以各工况变形能最小为目标函数,体积比为约束函数,通过变密度法,针对同一模型进行了多次拓扑优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,为车架的设计提供了方向性的指导意见。(3)根据该车架总体布置以及承载的要求,并综合考虑拓扑优化的结果,参考国内外其它同类车架并结合指导老师的实际设计经验,初步完成了车架的总体结构的改进设计。(4)运用Optistruct有限元软件对拓扑优化后的车架进行了强度和刚度校核及模态分析,计算结果显示其弯曲刚度和扭转刚度都有所提高,特别是扭转刚度提高了近11%;而且低阶模态频率也有所提高,从理论上验证了该载货车车架的设计基本合理,刚度、强度能够满足设计要求,并具有较好的动态特性。通过本文的研究,得出关于结构拓扑优化设计和车架结构材料拓扑布局的主要结论:(1)以各工况变形能最小为目标函数,体积比为约束函数对重型汽车车架进行二维拓扑优化设计,能够在尽可能减小车架质量、提高优化运行效率的基础上,得到满足整体刚度和结构强度的比较清晰且连续的材料拓扑布局;(2)材料的布局与车架前后悬架的位置和悬架本身的负荷有很大关系;(3)在进行优化的迭代计算过程中,约束函数设置越小,拓扑结构中被删除的材料越多,迭代收敛越困难,因此,设置合理的约束函数值是确保优化计算与迭代效率的一个关键。