重型自卸车底板结构分析与轻量化

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【汽车轻量化在线】重型自卸车底板结构分析与轻量化

摘 要：文章以重型自卸车底板结构为研究对象，对底板结构进行了刚强度分析与轻量化优化。利用有限元方法对自卸车举升工况进行了分析，分析结果表明车厢底板中部纵横梁位置有发生屈服失效风险；利用尺寸优化方法对底板结构进行了优化与验证分析，优化结果表明：优化后的车厢底板结构刚强度满足设计要求，并实现减重 67kg。底板结构设计与优化对自卸车整车轻量化设计提供理论依据和设计参考。

关键词：自卸车；底板；有限元；轻量化

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<span]图1 自卸车底板结构模型

表1]表1]图2 底板结构边界条件示意图

2.3 分析结果对自卸车底板进行边界条件及载荷施加，分析举升工况下底板结构的刚强度性能，分析结果如下：
1）图3显示底板结构最大变形为30.4mm，位于底板中间处（为便于观察变形趋势，云图中变形放大5倍，具体变形值没有增大）；

图3]图3]图4 底板结构等效应力云图

3底板结构优化
3.1 优化设定本文将通过尺寸优化方法对厢体各结构零部件进行优化，从而达到轻量化目的。自卸车车厢底板的轻量化设计问题为优化设计问题，其数学模型可以定义为：

式中s.t表示约束条件，x为变量，f（x）为目标函数，minf（x）表示目标函数取最小值。
基于上述优化数学模型，对底板结构进行优化，优化三要素如下：
1）优化变量：部件板厚。
2）优化约束：底板最大变形不超过20mm、高应力区域减小且应力满足强度条件。
3）优化目标：质量最小化。
3.2 优化结果优化后各部件厚度如表2所示，对部件板厚取整后再次进行仿真分析。
图5-7显示为优化后底板结构的变形及应力云图，分析结果如下：
1）图5显示底板结构最大变形为19.1mm，相比原结构变形30.4mm减小了37.2%。

表2]表2]图5 优化后底板变形云图

图6]图6]图7 原结构与优化后结构应力对比

4结论
本文通过有限元方法对重型自卸车底板结构进行了分析与优化，结果表明：原底板结构设计存在一定屈服失效风险，不能满足举升工况作业要求；优化后的车厢底板结构变形减小37.2%，结构强度满足要求，底板总成减重67kg。通过仿真技术及优化方法能够有效地为底板结构优化设计提供设计参考。

来源：期刊-《汽车实用技术》;作者：张凯1,2;陈韬1,2;伍丽娜1,2

<span]来源：期刊-《汽车实用技术》;作者：张凯1,2;陈韬1,2;伍丽娜1,2

<span]（1.中汽研汽车检验中心（武汉）有限公司；

2.汉阳专用汽车研究所）