基于hyperworks的汽車擋泥板結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計

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1、基于HyperWorks的汽車擋泥板結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計論文導(dǎo)讀:：為某國產(chǎn)轎車的擋泥板模型。然后對新模型進(jìn)行模態(tài)分析。建立拓?fù)鋬?yōu)化模型。論文關(guān)鍵詞：擋泥板，模態(tài)分析，拓?fù)鋬?yōu)化，HyperWorks　　0引言　　汽車覆蓋件在拉延成型時，由于其塑性變形的不均勻性，往往會使某些部位剛性較差。剛性差的覆蓋件受振動后會產(chǎn)生空洞聲，用這樣零件裝車，汽車在高速行駛時就會發(fā)生振動，造成覆蓋件早期破壞，因此覆蓋件的剛性要求不可忽視。如圖1所示，為某國產(chǎn)轎車的擋泥板模型。擋泥板作為汽車覆蓋件的一種，在實際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)其剛度不夠而導(dǎo)致故障，必須予以提高。鑒于此，在Soli

2、dworks中建立實體模型，在HyperWorks環(huán)境中對該擋泥板進(jìn)行了有限元建模和模態(tài)分析，得到此覆蓋件的固有頻率以及相應(yīng)振型，并運用HyperWorks的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)對該發(fā)動機(jī)罩進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化分析，得到最優(yōu)的加強(qiáng)筋布局，并重新建模，然后對新模型進(jìn)行模態(tài)分析機(jī)械論文，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化之后的結(jié)果提高了該覆蓋件的低階固有頻率?！　　　D1擋泥板的三維實體模型　　1擋泥板模態(tài)分析　　1.1模態(tài)分析基本理論　　模態(tài)分析是動力學(xué)分析的基礎(chǔ)，模態(tài)分析的最終目的是確定描述結(jié)構(gòu)動態(tài)特性的固有頻率、阻尼比以及振型等參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動特性分析、振動故障診斷和預(yù)報以及結(jié)

3、構(gòu)動力特性的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)?！　自由度無阻尼系統(tǒng)的自由振動可表示為：　?。?）　　由于彈性體的自由振動可以分解為一系列簡諧振動的疊加，因此可設(shè)式(1)的解為:　　（2）　　式中,—實數(shù),為簡諧運動的頻率;—任意常數(shù)?！　⑹剑?）代入式（1）得：　?。?）　　將它展開可得到關(guān)于的n次代數(shù)式:　?。?）　　頻率方程的n個根均為正實根,它們對應(yīng)于系統(tǒng)的n個自然頻率,假定各根互不相等,即沒有重根,由小到大按次序排列為　　（5）　　將求得(r=1,2···，n)分別代入方程(3)求得相應(yīng)的，這就是系統(tǒng)的模態(tài)向量或振型向量?！　?.2擋泥板有限元模型模態(tài)分

4、析結(jié)果　　　　圖2擋泥板有限元模型　　在Hypermesh中對結(jié)構(gòu)件中進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，根據(jù)擋泥板為板殼結(jié)構(gòu)的特點，采用了高精度的四邊形單元和三角單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到的單元總數(shù)為1258個，剛性體單元2個，節(jié)點數(shù)為1976個，其中四邊形單元1200個，三角形單元58個論文開題報告。擋泥板有限元總成模型，如圖2所示?！　Y(jié)構(gòu)件單獨進(jìn)行動力學(xué)模態(tài)計算時，結(jié)構(gòu)件的彈性模量為2.06GPa,泊松比為0.3,材料密度為7900kg/m3，擋泥板的厚度為0.3mm，在結(jié)構(gòu)件的兩個螺孔處通過剛性單元建立約束條件，約束其6個自由度,然后在OptiStruct中

5、進(jìn)行動力學(xué)振動模態(tài)的計算,提取前6階模態(tài)頻率。同時在HyperView中瀏覽相應(yīng)的模態(tài)振型,得到前6階模態(tài)頻率,其模態(tài)振型依次如圖3所示?！　　　D3擋泥板初始模型的前六階模態(tài)振型　　由模態(tài)分析結(jié)果可知，第1階頻率（整體彎曲）為43.61Hz。而實際工作環(huán)境中要求該擋泥板的第一階固有頻率不得低于50Hz，因此不符合條件，這是導(dǎo)致故障的直接原因。提高擋泥板的剛度，可考慮在發(fā)動機(jī)罩上設(shè)置加強(qiáng)筋，提高低階模態(tài)頻率，增加擋泥板的剛度。因此，在設(shè)計方案的優(yōu)化過程中，根據(jù)實際制造工藝以及成本控制的要求，通過優(yōu)化擋泥板加強(qiáng)筋位置，提高低階固有頻率，增加擋泥板的剛度

6、?！　”?擋泥板前6階固有頻率　　2擋泥板的優(yōu)化設(shè)計　　2.1建立拓?fù)鋬?yōu)化模型　　結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的主要思想是將尋求結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)鋯栴}轉(zhuǎn)化為在給定的設(shè)計區(qū)域內(nèi)尋求最優(yōu)材料分布的問題，表現(xiàn)為“最大剛度”設(shè)計，其實質(zhì)是材料的刪減。由于擋泥板根據(jù)要求設(shè)計，其厚度不能低于0.3mm，因此不能直接通過拓?fù)鋬?yōu)化來確定擋泥板加強(qiáng)筋的分布，必須轉(zhuǎn)換一下思路：將擋泥板的厚度由原先的0.3mm增加到1mm，然后在這1mm的基礎(chǔ)上進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計機(jī)械論文，刪減材料直至擋泥板的最低厚度為0.3mm。這樣就可以在質(zhì)量不增加很多，厚度不低于0.3mm的情況下實現(xiàn)擋泥板的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計

7、?！　≡谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化前，首先根據(jù)設(shè)計要求和結(jié)構(gòu)特點定義結(jié)構(gòu)的初始設(shè)計區(qū)域，然后根據(jù)結(jié)構(gòu)所要滿足的功能選擇合適的目標(biāo)函數(shù)。如圖所示，由于擋泥板根據(jù)造型要求設(shè)計，其兩邊的結(jié)構(gòu)已經(jīng)成型，故本文將其選為非優(yōu)化區(qū)域，擋泥板中間的紅色部分則作為優(yōu)化設(shè)計區(qū)域?！　榱藵M足該覆蓋件的剛度條件，以第一階固有頻率最大化為目標(biāo)函數(shù)，以體積分?jǐn)?shù)（質(zhì)量）小于等于0.3為約束條件，建立擋泥板的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計模型：　　Find:　　Maximize:Frequency1　　Subjectto:（6）　　;　　在HyperMesh中設(shè)置好各項優(yōu)化參數(shù)后，提交OptiStruct進(jìn)

8、行拓?fù)鋬?yōu)化，整個優(yōu)化過程經(jīng)歷7步迭代，優(yōu)化后的單元密度云圖，如圖4所示，優(yōu)化過程中前6階固有頻率變化如圖5所