基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
HyperWorks在铁路客车结构设计及优化中的应用--腾万秀
HyperWorks在铁路客车结构设计及优化中的应用滕万秀长春轨道客车股份有限公司HyperWorks在铁路客车结构设计及优化中的应用滕万秀(长春轨道客车股份有限公司研发中心)摘要: 随着铁路客车速度的提升，列车运行的安全性和舒适性问题越显突出，铁路客车基础制动装置作为客车结构设计中的重要部件之一，其设计的好坏直接影响着行车安全和车辆的各种性能指标。
通过使用HyperMesh软件对基础制动装置进行六面体网格划分，并通过ANSYS仿真分析软件进行仿真计算，确定了基础制动装置中最重要部件非手制动杠杆的应力分布情况，并进一步通过OptiStruct软件对该结构在保证强度的基础上进行了优化分析，使结构重量达到最小，结构最优。
关键词:基础制动装置HyperMesh OptiStruct 分析优化1 概述铁路客车基础制动装置作为客车结构设计中的重要部件之一，承担着列车减速、紧急制动、停止等功能，由于在整个制动过程中基础制动装置承受着较大的制动力，尤其是基础制动装置中的制动杠杆，因此保证该结构具有足够的强度是设计中需要重点考虑的部分，同时为了减轻轴重、降低成本又需要在设计过程中尽量减少基础制动装置的质量。
由于基础制动装置结构复杂，理论和工程计算都无法对该部件复杂的应力状态进行有效分析，因此在设计前期采用有限元分析的方法对结构进行强度分析是最好的解决方法。
通过使用HyperMesh软件对基础制动装置进行六面体网格划分，获得较好的网格质量，并通过ANSYS仿真分析软件中采用高阶单元进行有限元分析，确定基础制动装置的应力分布，并进一步通过OptiStruct软件对手制动杠杆结构在保证强度的基础上进行优化分析，确定出最佳的优化设计结构。
2 有限元分析2.1 有限元模型建立通过HyperMesh软件，对基础制动装置进行了六面体单元网格划分。
整个模型划分为450811个节点，378684个单元。
有限元模型见下图1、图2所示。
基于hyperworks的发动机支架的拓扑优化
谢谢！
（2）模型简介：
模型来自某客车的发 动机右后支架，由于软 件限制10000个节点， 模型太大故只取外支架 优化。 材料属性： E = 2.1e+05 NU = 0.3 RHO = 7.9e-09
（3）模型边界条件： 背面与车架相连，故处理成固定约束； 底面承载发动机，经简化可处理成： a 垂直方向承载发动机的重力为1800N，动载 系数为1.2； b 客车转弯时受到的最大侧向加速度为0.4g,换 算成力为720N； c 前进方向当客车制动时最危险，最大制动加 速度为0.7g，换算成力为1260N； 将这三个力平均分配在底面的四个螺孔上。
比较项目 最大应力ห้องสมุดไป่ตู้
原始模型 64.9MPa 4415 良好
优化后模型 54.6MPa 3925 良好
质量
制造工艺性
应力集中情况
良好
良好
6.结论
由对比可知： （1）优化后的第一模态频率从713.7HZ提高到 921.7HZ，以后各阶频率均有提高； （2）最大应力从64.9MPa减小到54.6MPa； （3）最大变形从0.128mm降低到0.113mm； （4）减重11%； （5）再设计的模型制造工艺性良好，且消除了 应力集中。
2.原始结构的模态和强度分析
（1）模态分析： 由于模型的长和宽远 远大于厚，故抽中面 当作薄壳作。 得到原模型的一阶固 有频率为713.7HZ 二阶为1158.7HZ 三阶为1382.1HZ
（2）强度分析：
3.拓扑优化设计
上图即为拓扑优化的结果，由于发动机支 架是车上的重要零部件，对客车来说更是严格。 故在定义约束和选择优化结果是都采取最大隶 属原则，以安全为第一目标，充分考虑性能方 面的因素，如：固有频率﹑强度﹑刚度等。 故选择第二幅图为二次设计的参考对象。
基于HyperWorks转向器支架结构优化及改进设计
基于HyperWorks转向器支架结构优化及改进设计李江;申伶;梁江波【摘要】针对某10×4自卸车新结构转向器支架在试验过程中发生断裂故障,从转向液压助力系统,转向器支架结构、断裂形式及受力情况进行原因分析,并运用CATIA三维建模和HyperWorks软件对转向器支架结构进行优化,并对改进后转向器支架进行静强度分析,使得安全因子大于2.5,最终通过可靠性验证,验证了改进后的转向器支架满足使用要求.改进后转向器支架安全系数提高到了安全因子的2.5倍,给车辆正常使用带来了一定的保证.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】3页(P49-51)【关键词】转向器支架;安全因子;Hyperworks;疲劳分析;试验验证【作者】李江;申伶;梁江波【作者单位】陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710200;陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710200;陕西重型汽车有限公司,陕西西安 710200【正文语种】中文【中图分类】U463.410.16638/ki.1671-7988.2016.09.019CLC NO.: U463.4 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)09-49-03转向器支架是车辆转向传动系统的一个关键零部件，它起到固定转向器的作用，车辆运行过程中，转向器支架受到转向机前后摆动的力，同时也受到转向机转动力矩的转矩。
当车辆转向到某一转角后不再转动的情况下，转向机输出力矩最大，转向器支架这时受到拉杆反作用力最大，若果转向器支架设计强度可以承受该力的冲击，转向器支架就可以可靠的使用。
转向器支架一旦断裂，转向器将不能被固定，车辆整个转向系统将不能实现车辆转向的功能，车辆将失去转向性能，这种情况对驾驶员存在一定的安全隐患。
所以转向器支架在设计过程中必须考虑最大受力情况下的安全因子大于1，以满足转向器支架强度满足整车使用。
基于HyperMesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计
10.16638/ki.1671-7988.2016.07.018基于HyperMesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计高静，梁江波，偶晨阳，安俊龙（陕西重型汽车有限公司，陕西西安710200）摘要：利用通用有限元分析软件HyperWorks11.0，对某重型车转向机支架进行了静强度分析及拓扑优化设计，优化后模型在满足零部件安全可靠性设计要求的前提下，减重效果明显，达到了轻量化的目的。
关键词：Hypermesh11.0；转向机支架；静强度分析；拓扑优化；可靠性中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2016)07-58-02Based on HyperMesh - turning machine Optistruct topology optimization designGao Jing, Liang Jiangbo, Ou Chenyang, An Junlong( Shaanxi Automoblie Group CO., Ltd, Shaanxi Xi'an 710200 )Abstract: The use of finite element analysis software HyperWorks11.0, For a heavy vehicle steering bracket static strength analysis and topology optimization design, The optimized model components meet the safety and reliability of the design requirements of the premise, Weight loss effect is obvious, Achieve the purpose of lightweight.Keywords: Hypermesh11.0; Steering bracket; Static strength analysis; Topology Optimization; reliabilityCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-58-02引言结构优化设计是一种规格化的设计方法，要综合各方面的因素、要求、约束条件等等，将设计问题按优化设计所规定的格式建立健全数学模型，选择合适的优化方法及计算机程序，然后再通过计算机的计算，自动获得最优设计方案，从而产生一个理想的设计[1]。
铝合金客车转向柱支架优化设计
铝合金客车转向柱支架优化设计郝守海;王华武;徐茂林;田静【摘要】在整车CAE分析和实验验证符合装车要求的基础上,采用Hyperworks 软件对现有的铝合金转向柱支架进行有限元分析,以原有结构的静态性能为参考,采用Optistruct软件进行拓扑优化和尺寸优化分析.通过三轮优化分析,最终设计出全新的转向柱铝合金固定支架.结果表明,在保证转向柱支架使用性能的情况下其重量有了明显的降低,轻量化效果达到66.9％,同时零部件数量和铆钉数量也有了明显的减少,并且生产操作更方便.【期刊名称】《汽车科技》【年(卷),期】2018(000)002【总页数】6页(P15-20)【关键词】客车;铝合金;Hyperworks;有限元分析;优化设计【作者】郝守海;王华武;徐茂林;田静【作者单位】东风商用车有限公司技术中心,武汉430056;东风商用车有限公司技术中心,武汉430056;东风商用车有限公司技术中心,武汉430056;东风商用车有限公司技术中心,武汉430056【正文语种】中文【中图分类】U463.83+1随着国际能源的日趋紧张，汽车轻量化逐渐提上日程，铝合金化对减轻汽车自重具有重要意义，也是近几年来国际汽车领域的一个研究热点 [1]。
客车实现轻量化的最行之有效的措施就是利用铝合金材料代替钢材料，而铝合金客车的核心技术在于骨架连接，目前连接主要有焊接和铆接两种[2]。
本文原转向柱固定支架采用L形接头、平板接头和铝型材骨架铆接而成，在某客车的CAE分析中已经证明其满足使用要求，但在装车过程中发现其结构复杂，制作工艺繁琐，生产效率低，而且重量偏大，因此有必要对其进行结构优化。
1 原结构方案及其有限元分析1.1 原结构方案原转向柱固定支架结构如图1所示，其利用L形铝合金接头和平板接头进行铆接连接，并固定在铝合金前围骨架上，而铝合金管材和转向柱之间仍采用钢制折弯板进行过渡连接。
该结构共计采用零件22个，铆钉92个。
基于Hyperworks的转向系统优化设计
基于Hyperworks的转向系统优化设计摘要：转向系统在汽车工业中起着关键的作用，直接影响到汽车的稳定性、灵敏性和操控性。
本文基于Hyperworks软件平台，对汽车转向系统进行优化设计。
首先，对转向系统各个关键部件进行建模和分析，获取部件的初始参数。
然后，通过有限元分析和多种优化算法，对转向系统进行优化设计。
最后，通过仿真实验验证优化设计的效果，证明本文方法的可行性和优足性。
关键词：转向系统；Hyperworks；优化设计正文：一、引言转向系统作为汽车的重要组成部分，直接影响到汽车的性能和操控性。
因此，对其进行优化设计具有非常重要的意义。
本文基于Hyperworks软件平台，针对汽车转向系统进行了优化设计，并取得了一定的成果。
二、研究内容1.转向系统建模首先，对转向系统各个关键部件进行建模。
具体而言，对转向机构、转向连接杆、转向缸等部件进行建模，并对各个部件的尺寸、材质等参数进行确定和分析，为优化设计和有限元分析提供准确的初始参数。
2.有限元分析基于Hyperworks软件平台，对转向系统进行有限元分析。
通过有限元分析，获取各个部件的应力分布和变形情况，并确保各个部件在各种工况下的强度和刚度满足要求。
3.优化设计在有限元分析的基础上，利用Hyperworks软件平台提供的多种优化算法，在减少材料使用、提高刚度和强度等方面对转向系统进行优化设计。
具体而言，通过遗传算法、粒子群算法等多种优化算法，对转向系统的结构进行优化，如优化转向机构的重量、优化转向缸的强度等。
4.仿真实验最后，通过对优化设计后的转向系统进行构建和仿真实验，验证优化设计的效果。
结果表明，经过优化设计后的转向系统具有更好的性能和操控性。
三、总结本文基于Hyperworks软件平台，对汽车转向系统进行了优化设计，并取得了一定的成果。
具体而言，通过转向系统建模、有限元分析、优化设计和仿真实验等步骤，实现了对转向系统性能的优化改善。
本文方法可为汽车工业的转向系统设计提供参考和支持，具有重要的实践意义。
23_基于HyperMorph参数化的转向节概念设计
基于HyperMorph参数化的转向节概念设计Steering knuckle conceptual design With parameter method based on HyperMorph黄永旺吴延龙王华（长安汽车股份有限公司汽车工程研究总院CAE工程所重庆401120）摘要：本文基于HyperMorph+HyperStudy平台，利用参数化方法对某汽车转向节进行设计优化。
以厚度、形状作为参数化设计变量，转向节最大应力值和损伤为约束条件，质量最小为目标函数，在规定的设计空间内优化最佳的结构分布情况，得到满足目标要求的设计结构。
关键词：转向节参数化约束优化Abstract: This paper, based on "HyperMorph+HyperStudy", using parameter method to optimize the design of one car's knuckle structure. Defining the max stress and deformation as constraints, minimum mass as objective function to find out the best parameters in a limited volume. Then optimizing the design for the knuckle, to get a satisfying the target requirements of design structure.Key Words: kunckle, parameter, constraints, optimization1 概述参数化优化是一个面向多领域多学科的优化技术方法，在不断追求产品质量，降低开发成本和缩短设计周期的趋势下，利用概念阶段参数化进行快速优化设计是强有力的手段之一。
基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
杨小见;杨胜;宁忠翼;郝守海
【期刊名称】《客车技术与研究》
【年(卷),期】2012(000)001
【摘要】运用HyperMesh软件对全承载混合动力客车的转向机支架进行有限元分析和拓扑优化;参考拓扑模型,优化结构,对其进行轻量化设计,并对新支架进行有限元分析,确保其强度和刚度满足设计要求。
【总页数】3页(P14-16)
【作者】杨小见;杨胜;宁忠翼;郝守海
【作者单位】东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056;东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056;东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056;东风汽车有限公司东风商用车技术中心,武汉430056
【正文语种】中文
【中图分类】U463.4
【相关文献】
1.基于Hyper Mesh-Optistruct转向机支架拓扑优化设计 [J], 高静;梁江波;偶晨阳;安俊龙
2.基于HyperMesh前板簧支架优化设计 [J], 冯勇;王峰;潘国鑫
3.基于Hypermesh/OptiStruct的发动机支架结构拓扑优化设计 [J], 唐涛
4.基于Hypermesh的矿用自卸车油缸支架的优化设计 [J], 牛云涛;卢立富
5.基于HyperMesh/OptiStruct的发动机支架结构拓扑优化设计 [J], 沈斌;姜冬;刘杰
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基于HyperMesh的车架拓扑优化设计
基于 丰， 王 军 ， 王 浩
（ 合肥 工业 大学 机械与汽车工程学院， 安徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ９ ）
摘要 ： 以轻 型卡车车架为研究 对象 ， 采用 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍ ｅ ｓ ｈ 建立车架 的有 限元模 型 ， 分析 车架 的模态 ， 得到原始 车架的
将Ｕ Ｇ建立的三维几何模型导人到 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ Ｍ ｅ ｓ ｈ ， 利用几何清理工具 ， 对模型进行修复， 产生简化的几 何模型 ， 便于网格划分 。车架有限元模型采用壳单元 ， 根据实际车架不同部位赋予单元不同的厚度 ， 有 ３ ． ０ ， ３ ． ２ ， ３ ． ５ ， ４ ． ０ ， ４ ． ５ ， ５ ． ０ ， ５ ． ５ ， ６ ． ０ ， ８ 。 ０ ｍ ｍ几种。使用的钢板材料属性见表 １ 。
第２ ｌ卷
第１ 期
山东交通学 院学报
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ Ｈ ＡＮ Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｊ Ｉ ＡＯ Ｔ Ｏ Ｎ Ｇ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ
Ｖ０ １ ． ２ １ Ｎｏ ． １
２ ０ １ ３年 ３月
Ｍａ ｒ ． ２ ０１ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ － ０ ０ ３ ２ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ２
２ 拓 扑 优 化
２ ． １ 拓 扑优 化算 法
变 密度 算法 将 结构 内所 有材 料 的单元 密度 都 视 为相 同 ， 对 单 元 密度 进 行 优 化计 算 ， 从 而 获 得 结 构
１ ． ２ 模态 分析
对 车 架进行 模态 分析 ， 利用 静态 分析模 型 ３ ］ ， 获取 车架 的 自由模 态 。设 置 频 率 范 围从 １ Ｈ ｚ 开始 ， 得
基于HyperWorks的方向机支架拓扑优化
车辆工程技术70机械电子0 引言方向机支架是商用车转向系统中一个重要的零件，其作为方向机的支撑件和地面转向阻力矩到方向机的传递机构，方向机支架的结构强度、刚度直接影响整个转向机构的稳定性和使用寿命。
今随着节能减排的号召，汽车轻量化成为设计主流，而零部件的轻量化首当其冲[1]，在维持或提高其性能的基础上，考虑轻量化设计思路在方向机支架优化设计中有十分重要的研究意义。
本文以某商用车方向机支架为优化设计对象，运用有限元分析软件HyperWorks 的拓扑优化技术，得到方向机支架的拓扑骨架模型，根据拓扑骨架模型对方向机支架进行二次设计，并对优化设计合理性进行反向有限元分析验证，在满足强度、刚度要求的同时达到减重的目标。
1 方向机支架静力分析[2]方向机支架通过5个螺栓固定在车架上，方向机安装在方向机支架上，方向机支架一方面承受方向机的重力，另一方面承受来自转向摇臂的转向力，经计算，左转极限时（极限转角取46°），方向机支架承受的转向力最大。
即方向机支架有限元计算模型可以简化为5点约束、2点加载的计算工况，建立好的方向机支架有限元分析模型如图1所示，对原方向机支架进行有限元分析计算，CAE 分析结果如图2所示。
图1 方向机支架有限元模型图2 原方向机支架CAE 分析结果2 方向机支架的拓扑优化设计[3]2.1 方向机支架的拓扑优化定义新方向机支架可优化空间和不可优化空间，如图3所示，在载荷、约束条件不变的前提下对其进行拓扑优化，目标函数为体积最小，约束条件为应力极限小于570MPa，零件指定约束点的合成位移小于0.5mm，优化变量为可设计区域每个单元的密度，拓扑优化在经过27步迭代计算后收敛，得到如图4所示的拓扑骨架模型。
图3 方向机支架有限元模型设计区域划分图4 方向机支架拓扑骨架模型2.2 二次设计及静力分析根据方向机支架的制造工艺特点，在CATIA 中根据拓扑骨架模型进行二次设计，得到新的方向机支架数模如图5所示。
杨小见_基于HyperMesh的客车转向机支架的优化设计
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Altair 2013 技术大会论文集
Mk
G3 3 P
（公式 1）
式中， M k 为轮胎阻力矩，N· m； 为地面与轮胎之间的滑动摩擦系数；G 为转向轴负载，N； P 为轮胎气压，Pa。 再根据转向拉杆系统和前桥梯形机构的传动比及传动效率，计算得到转向垂臂所受到的力矩值
M P ，由垂臂所受的力矩和垂臂长度就可以算出垂臂 e 点受到力的大小
MP Mk
F
1 1 I T T I D D
（公式 2） （公式 3）
MP L
式中， M P 为作用到转向垂臂上的力矩，N．m； I T 为梯形机构传动比； T 为梯形机构效率；
I D 为拉杆机构传动比； D 为拉杆机构效率； L 为垂臂长度，m。
代入以上参数， 算出该客车的转向垂臂 e 点受到的力 13000 N， 这个力远远大于由转向机的重力 (400 N 左右)和其输入轴所受到的力。因此，为了方便计算，忽略转向机重力和其输入轴的输入力， 施加到转向机支架上的载荷可以看成 F=13000 N。 为了简化转向机支架受力情况，分两种工况：垂臂受向前的推力、受向后的拉力。受力方向也简 化成平行于支架方向。
2 转向机支架的初始方案及分析
2.1 初始结构及网格划分
因前悬较长和采用超低地板结构，转向系统采用卧式转向机布置形式。考虑到全承载车身底架的 结构特点，参考以往车型，确定转向机支架采用板式结构，焊接在固定梁上。初始设计方案如图 1 所 示。
-1-
Altair 2013 技术大会论文集
图 1 转向机的布置形式和支架的固定方式
software for the steering gear bracket of a hybrid bus with monoeoque body，the authors optimize the structure and perform FEA to reduce the weight of the bracket under the condition of enough strength and stiffness according to the topological model．
基于HyperMesh的某转向桥轴头优化设计
Ｍｍ ＝Ｆ ｚ Ｌ １
（ ２）
（ ３ ）
ｗ＝
。 ＝
（ Ｄ 一Ｄ ： ）
Ｍ ｍ ａ ｘ
（ ４ ）
关 键 词 ：车 桥 ；优 化 设 计 ；有 限 元 分 析
中图分类号 ：Ｕ ４ ６ ３ ． ４ 文献标识 码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ １ — ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ｏ ８ — ３ １ — ０ ２
Ａｕｔ ｏ ｍｏ ｂｉ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｓ ｈａ ｆ ｔ ｈｅ ａ ｄ ｏ ｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈｙ ｐｅ ｒ Ｍ ｅ ｓ ｈ
如下 ：
图 １ 轴 头 开 裂 图 ２ 轴 头 开 裂
Ｆ ｚ＝ Ｏ ． ５ Ｋ Ｇ （ １ ）
更改前轴 头结构理论分析
某 转 向驱 动 桥 壳 总 成 所 应 用 桥 型 额 定载 荷 为 １ ３ Ｔ ，轮 胎
作者简介 ： 王 为 ，就职于陕西汉德 车桥 ，从事车桥开发设计工作 。
台架试验 的工况进行虚拟分析 ，准确快速 的找到轴 头开裂 的
原 因 ，并 且 进 行 优 化 设 计 ，彻 底 解 决 轴 头 开裂 问题 。
图 ３ 轮胎中心位置
图 ４ 轴 头开裂处 结构
某转 向驱动 桥桥 壳总成 的垂直 弯 曲疲 劳试 验方法 依据 Ｊ Ｂ ／ Ｔ ５ ９ ２ ８ １ ９ ９ １ ，因此 ， 理论计算针对此工况进行校核，计算
ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ， ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｈｅ ｔ ｓ ｈ ａ ｔ ｆ ｈ ｅ ａ ｄ ， ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ｈｅ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ
基于HyperWorks的汽车转向节轻量化设计
向节轻量化设计时需考虑转向节的强度性能是否满足 HyperWorks的 OptiStruct模块，采用惯性释放的方法计
[2]
要求 。为此文章基于 HyperWorks，采用惯性释放的仿 算出转向节承受各工况载荷下的应力，各硬点处加载
真方法，计算出垂向工况、前行制动工况、倒车制动工 各工况载荷由多体动力学分解得出，选择刹车、转向、
随着汽车技术的发展，汽车轻量化设计开始在汽 轮毂与车轮连接，在受不同载荷的工况中，转向节相对
车发展中占有重要地位，它既可以提高车辆的动力性、 于车身运动，它并非处于静止平衡状态，难以得到一个
[1]
降低成本，又能减少能源消耗和污染 。新能源汽车受 完全平衡的外载荷力系，在有限元分析中利用约束加
续航能力、能耗与补贴等因素影响，对轻量化的要求尤 载法并不能更真实地模拟实际边界条件，为此可以使
[3]
其高。但是，汽车轻量化设计却是一把双刃剑，它在减 用惯性释放法对转向节进行分析 。由于整车有限元模
轻汽车质量的同时，也牺牲了车辆的强度和刚度，而转 型的计算量太庞大，导致计算时间过长，因此仅选取转
向节是汽车悬架中的重要零部件，对转向节的强度、抗 向节模型与整车相连的各硬点在整车工况下的载荷作
冲击性能以及可靠性方面都有很高的要求，因此在转 为输入载荷，单独对转向节模型进行有限元分析。利用
始结构，如图 1所示。有限元模型，如图 2所示。有限元
模型信息，如表 1所示。
[6]
计算中所使用的材料参数 ，如表 2所示。
表 转向节材料参数
材料
弹性模量/012 泊松比 屈服强度3412 密度（3 5637)）
铸铁 -.+%%
!'%
%$"(
刘余龙_基于HyperMesh 的机车转向架构架静强度及疲劳强度分析
Pu
Mv
Mb
la
nb ne
Md
Me
Mt
k pz k py
k px
2.2 载荷工况组合
本文按照 UIC 615-4 标准，利用 HyperMesh 软件分别对构架有限元模型施加超常载荷和运营载荷，并 直接导入求解器中进行计算，根据应力计算结果，评估构架的静强度。其中超常载荷用于评定构架的静强 度，而运营载荷用于评价构架的疲劳强度。
Liu Yulong Chen Xiaofeng Bu danxia
Abstract：In this paper,the finite element model of a locomotive bogie frame is built by HyperMesh and the main load cases are applied on the model according to the international standard UIC 615-4.And then use the solver Interface to analysis the static and fatigue strength by CAE solver and completed the stress evaluation. Key words: HyperMesh Bogie Frame Static Strength Analysis Fatigue Strength Analysis
3
Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集
于材料的屈服极限 345MPa，构架静强度满足设计要求。 表 3 构架静强度计算结果 最大 von Mises 应力 工况 Top 面(Mpa) 12 96.603 314.324 266.178 96.504 Bot 面(Mpa) 94.264 298.384 238.984 94.134
12_梁江波_基于HyperWorks发动机支架的拓扑优化设计
基于HyperWorks发动机支架的拓扑优化设计Topology optimization design for enginebracket based on Hyperworks梁江波（陕西重型汽车有限公司陕西西安710200）摘要: 介绍了拓扑优化的设计思想和方法，利用通用有限元分析和优化软件HyperWorks，结合发动机支架的结构、约束、受力等特点，对其进行了有限元分析和结构拓扑优化，并在优化基础上进行了改进设计。
基于有限元法的结构分析和拓扑优化，能在产品开发阶段主动寻求最优方案，对提高产品质量、缩短设计周期有重要作用。
关键词: 拓扑优化有限元分析发动机支架HyperWorks 结构分析Abstract: This paper introduces the design philosophy and method of topology optimization, and the finite element analysis and topology optimization design for the engine bracket of a truck were performed with HyperWorks，in which the characteristics of structure，constraints, and forces were considered．The improved design for the engine bracket structure was then achieved on the basis of the optimization．The structural analysis and topology optimization based on finite element method are helpful to get the optimal scheme in the developing stage of products，and have important significance in shortening the design period and improving the product quality．Key words：topology optimization；finite element anylysis；engine bracket；HyperWorks；structure analysis1 引言结构拓扑优化又称结构布局优化，是一种根据载荷、约束及优化目标寻求结构材料最佳分配的优化方法。
基于Hyperworks的转向系统优化设计
基于Hyperworks的转向系统优化设计
王建文
【期刊名称】《重型汽车》
【年(卷),期】2014(000)003
【摘要】汽车开发设计阶段未对汽车系统零部件级的NVH特性做相应规划,容易引起系统零部件NVH匹配不当,严重时会影响汽车整体NVH品质.汽车转向系统作为汽车子系统必须对其NVH性能进行控制,使其固有频率避开发动机怠速振动激励频率,这样方向盘在怠速时则不会发生共振.在转向系统试制前,使用仿真分析的办法对其进行NVH性能的预测,并针对预测结果进行改进,采用结构优化技术对其进行优化,为转向系统的实际开发和生产提供了一定的指导意义.
【总页数】3页(P19-21)
【作者】王建文
【作者单位】国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于HyperWorks的转向垂臂拓扑优化
2.基于HyperWorks二次开发的转向机仿真流程优化
3.基于HyperWorks的转向桥CAE分析流程自动化研究与应用
4.基于HyperWorks的汽车转向节轻量化设计
5.基于HyperWorks的汽车转向节轻量化设计
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重 １．ｋ。 １ ｇ ２
强度与 刚度 不足 ， 引起前 轮摆振 、 轮转 向反 映迟钝 、 会 前 方 向盘 自由间隙大等后果Ｉ２ ］ －。因此在设计 中 ， 于 Ｈ — 基 ｖ
ｐｒ ｅｈ ｅＭ ｓ 软件 的有限元分析 ， 在满足 强度 、 刚度前 提下对
转 向机支架进行优化设计 ， 实现轻量化 。
在 固定梁上 。初 始设 计方案如 图 １ 所示 。
ＤＬ Ｏ ５ｌ
ｊ
密度
７８ ｅ ／ ．２ 一９ｔｍｍ３
１ ０ ｍｍ
５１ ０ＭＰａ Ｉ２０ ｅ ５ ．８ ＋０
ｊ
Ｏ＿ ３
转 向机支 架采 用板 材 ，三边 翻边弯折 后焊 接在 固 定梁 上 ， 构简 单 ， 结 固定也 稳 固 ， 但是 质量 比较大 ， 未达
客 １ ４ 第 １ 期
车
技
术
与
研
究
ＢＵＳ ＆ ＣＯＡ ＣＨ ＴＥＣＨＮＯ Ｌ０Ｇ Ｙ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡ ＲＣＨ
基于 Ｈｙ ｅ Ｍｅ ｈ的客车转 向机支架的优化设计 ｐ ｒ ｓ
杨 小见 ，杨 胜 ，宁忠翼 ，郝 守海
４ ０５ ） ３０ ６ （ 风 汽车 有 限公 司 东 风商 用 车技 术 中心 ， 武汉 东
表 １ 转 向机 支 架 的 材 料 特 征
材料 材料厚度 屈服极限 Ｉ 弹性模量 泊松 比
ｌ ｉ
因前悬较 长和采用超低 地板结构 ， 向系统采用 卧 转
式转 向机 布置形 式 。考 虑到全 承载 车身底 架 的结构 特 点， 参考 以往 车型 ， 确定 转 向机支架采 用板式结构 ， 焊接
Ｏｐ ｉ ａ ｓｇ ｆＢｕｓ｜Ｃｏ ｃ Ｓ ｅ ｒｎｇ Ｇｅ ｒＢｒ ｃ ｔＢａ ｅ ｏ ｙ ｅ Ｍ ｅ ｈ ｔｍ ｌ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ａ ｈ ｔ ｅ ｉ ａ ａ ｋｅ ｓ ｄ ｎ Ｈ ｐ ｒ ｓ
Ｙ Ｎ ａ －ｉ ， Ａ Ｇ Ｓ ｅ ｇ Ｎ Ｎ ｈ ｎ － ｉＨ ０ Ｓ ｏ － ａ Ａ Ｇ Ｘｉ ｊ ｎ Ｙ Ｎ ｈ ｎ ， Ｉ Ｇ Ｚ ｏ ｇ ｙ ， Ａ ｈ ｕ ｈ ｉ ｏ ａ
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图 １ 转 向 机 的 布 置 形 式
簟 —●
图 ２ 转 向 机 支 架 的初 始 设
和支架 的固定方 式
计结构
１ 转 向机 支 架 的 初 始 方 案及 分 析
１１ 初始 结构及 网格划分 ．
运用 Ｈ ｐｒ ｅｈ 件对 该支 架 初始设 计 结 构 的刚 ｙ ｅＭ ｓ 软 度和强度进行分析 【 支 架材料特征如下表 １ ３ ］ ， 所示 。
到整 车轻 量化 的设计 目标 。 因此 ，先从 布置 形式 上着 手， 在确 保转 向机有 足够 的前后 安装 、 拆卸 维修空 间 和 最 小 的离地 间隙 的前提下 ，尽量 减少转 向机 支架 的前
要 求。
关 键 词 ： 车 ； 向机 支 架 ； ｐ ｒ ｅ ； 限 元 分 析 ： 化 设 计 客 转 Ｈｙ ｅ ｓ 有 Ｍ ｈ 优
中图分类号 ： ６ ． Ｕ４３４
文献标志码 ： Ａ
文章编号 ：０ ６ ３ ３ （ ０ ２ ０ — ０ ４ ０ １０ — ３ １２ １ ）１ ０ １ — ３
为使东 风某 全承 载结构 的插 电式混 合 动力城 市 客 车实 现整车轻量 化 ，达到提 高整车燃油经 济性 的 目标 ， 对 转 向系统转 向机支架进 行优化设计 ， 减少重量 。由于 转 向机支架 的强度与 刚度会 影响到转 向系统 盼 ｌ能 ， 生 其
后 跨度 和上下 高度 ， 从结 构上使 支架 外形 轮廓最 小 ， 重 量较轻 ， 到转 向机支架 的初 始设计 结构 如 图 ２所 示 ， 得
摘
要 ： 用 Ｈ ｐｒ ｓ 运 ｙ ｅＭｅｈ软 件对 全承 载 混合 动 力客 车 的转 向机 支 架进 行 有 限元 分 析 和拓 扑优 化 ： 参考
拓 扑 模 型 ， 化 结 构 ， 其 进 行 轻 量 化 设 计 ， 对 新 支 架 进 行 有 限元 分 析 ． 保 其 强 度 和 刚 度 满 足 设 计 优 对 并 确