副水箱支架模态分析与结构优化（二）

gongbo · 发表于 2014-3-14 20:41:33

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4 副水箱安装支架总成改进方案

从一、二阶的固有振型分析可以看出，副水箱安装支架总成有前后斜向的弯曲振动，还有上下斜向的弯曲振动，这些振动和扭曲将严重影响到副水箱安装支架的强度和刚度，从而影响到副水箱的使用寿命。因此，在对副水箱安装支架结构设计改进过程中，务必采取增加刚度等适当措施来提高副水箱安装支架的固有频率，避免这些振动的发生。针对副水箱安装支架有限元模态分析结果提出了若干种改进方案，对每种方案进行分析，采用因子分析法，找出对评价值因子大的方案再组合分析，最后得到以下改进方案：

（1）推荐副水箱安装位置靠近后悬置横梁安装支架，建议在此基础上重新设计副水箱支架。元宝梁由拱形改为直形，高度下降，方便副水箱支架向中间靠近。

（2）副水箱安装重心下降；

（3）副水箱安装支架在相应振幅较大处设置加强筋；

（4）增加副水箱安装支架厚度，增强其刚度，进而改善其模态。

副水箱支架有支架1和支架2组成。支架1有A、B、C三种方案，其中A和C为分体式，B为整体式，支架2有A、B两种方案，A为整体式，B为分体式。支架1和支架2组合，得到副水箱支架总成的6种方案，如图3所示。

图3 副水箱支架示意图

5 改进后副水箱支架总成的模态分析 对改进后副水箱安装支架总成6种方案进行有限元分析，改进前后第一、二阶频率参数如表3所示，有限元前二阶结果分别如图4所示。

图4 各方案第1阶、2阶模态从表3知，方案1、2、4、5的频率比原始方案的14.5Hz提高了一倍多，综合考虑模态分析结果、质量和造型等因素，最终采用方案4。表3 改进前后副水箱支架频率对比

6 拓扑优化设计 拓扑优化是一种根据优化目标、载荷及约束而寻求结构材料最佳分配的优化方法，即将寻求结构的最佳拓扑问题转化为在给定设计区域内寻求材料的最优分布问题。运行OptiStruct求解器，对方案4进行减重分析，经过23次迭代得到图5所示的材料分布；经过调整后进行优化后的结构验证分析。

图5 拓扑优化流程以副水箱支架1为优化变量，支架体积最小化为目标函数，以一阶固有频率大于30Hz为约束函数，对副水箱的第4种方案进行了拓扑优化分析。优化后的模态分析见图6。

图6 方案4优化后支架第1阶、2阶模态优化后副水箱支架一阶、二阶频率有所提高。并且支架重量也比优化前轻0.141kg。表4 优化前后副水箱安装支架频率

7 结束语 本文通过对副水箱安装支架模态分析及多方案结构优化，第一阶模态频率提高到35.7Hz，经过优化后的支架结构不仅减轻了重量，而且避开了与发动机共振的频率。经装车验证，振动现象基本消除。8 参考文献 [1] 黄辉阳陈天志吴林波. 泵车底盘副水箱安装支架有限元分析与结构改进[EB/OL]. [2] 张胜兰.基于HperWorks的结构优化设计技术[M].北京：机械工业出版社，2007 [3] HyperWorks Help Documents

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