混凝土搅拌运输车前支撑强度分析及结构优化

作     者：马友政 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高耀东

授予年度：2014年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：搅拌车 有限元分析 结构优化 轻量化 安全性 

摘      要：混凝土搅拌运输车行业竞争日趋激烈，各企业投入大量的资源进行研究。其上装结构没有统一的设计标准，研究工作具有很大的独创性。其中，前支撑作为五大关键部件之一，一直是各大改装厂优化改进的主要方向之一，其结构稳定性以及使用安全性对搅拌车整体性能至关重要。北方巴里巴公司十分重视产品的安全性能，目前使用的上装结构比较厚重，但个别产品的前支撑在使用过程中仍然出现了破坏。因此，受公司委托对前支撑结构进行优化，提高安全性能并适当减轻重量。同时，前支撑的研究资料十分稀少，本文较为详细的研究，可为同行提供借鉴。 本文采用有限元方法，通过静力学分析、模态分析、谐响应分析、瞬态分析，校核原始前支撑结构的安全性能，再通过拓扑优化和尺寸优化，给出安全性能更好、质量更轻的新前支撑结构。 在静力学分析中，分析了四种简单工况和一种综合工况。证明了前支撑结构安全，但在综合工况下濒临屈服极限。这为瞬态分析提供了研究环境，即综合工况。还发现各个工况的最大应力位置一致，这为优化提供了重要的研究部位。 在模态分析中，证明了结构不会发生共振现象，发现了结构中对振动最敏感的部位，为优化提供了关键研究部位。在谐响应分析中，发现前支撑对100Hz的激振力最敏感，但此激振力不足以导致疲劳破坏，并为瞬态分析提供施加载荷的时间步长。在瞬态分析中，利用静力学分析中的危险工况，利用谐响应分析中的时间周期，证明了静力学分析过于保守，原始结构安全，但是确实有破坏危险，应该进一步优化。 在优化分析中，以静力学分析中受力最大部位为关注点，进行尺寸优化并得到第1个新结构。以模态分析中的敏感部位为关注点，进行拓扑优化和尺寸优化，得到第2个新结构。第1个新结构的质量和最大等效应力都减小10%，第2个更小。 考虑到加工成本等因素，企业只需做最小的调整，就可以换用第1个新前支撑，可作为短期改进的方案。为了更好的提高产品性能，最终应该换用第2个新前支撑，并且其成本变化很小。