基于加权相对灵敏度的驾驶室结构轻量化

摘要/Abstract

摘要： 建立了某卡车驾驶室结构有限元模型，通过实验与数值模态分析的对比验证了模型的准确性。对驾驶室构件直接进行灵敏度分析，通过层次分析法确定约束响应的权重系数，并考虑约束响应可变裕度。在此基础上提出加权相对灵敏度概念并据此确定设计变量及其优化方向。在保证驾驶室主要静动态性能不降低的前提下，优化驾驶室部分构件厚度。优化后的驾驶室质量比优化前减小了8.7%，主要静动态性能均有不同程度的提高,车内低频噪声略有升高。

关键词: 加权相对灵敏度, 模态分析, 刚度, 轻量化

Abstract: A credible structure FE model of a cab was built and the model was verified by tests. The sensitivity of the cab components was calculated directly and the weight coefficients of constraint responses were determined through the analytic hierarchy process with consideration to variable margins of the constraint responses. Then a concept of weighted relative sensitivity was put forward and identified the design variables and its optimization directions according to the concept. The thicknesses of cab components were optimized on the promise of no reduction on the main static and dynamic performance of the cab. The objective is realized with the total mass of the cab is reduced by 8.7%, while the main static and dynamic performances are somewhat raised and the overall low-frequency noise levels rise lightly.

Key words: weighted relative sensitivity, modal analysis, stiffness, lightweighting

中图分类号:

U463.82

陈剑, 杜选福, 施斐博. 基于加权相对灵敏度的驾驶室结构轻量化[J]. 中国机械工程.

参考文献

[1]Benedyk J. Light Metal in Automotive Applications. [J]. Light Metal Age,2000,58(10):34-35.

[2]邱国华，汪侃磊，杨亭福.车身轻量化技术路径发展研究[J].上海汽车，2015(6):40-45.

Qiu Guohua，Wang Kanlei，Yang Tingfu. A Study on the Development of Light weighting of Car Body[J]. Shanghai Auto，2015(6):40-45.

[3]韩旭，朱平，余海东.基于刚度和模态性能的轿车驾驶室轻量化研究[J].汽车工程，2007,29(7):545-549.

Han Xu，Zhu Ping，Yu Haidong. A Study on the Weight Reduction of Car_body with Required stiffness and Modal Performances[J]. Automotive Enginneering，2007,29(7):545-549.

[4]施颐，朱平，张宇，等.基于刚度与耐撞性要求的车身结构轻量化研究[J].汽车工程，2010,32(9):19-24.

Shi Yi，Zhu Ping，Zhang Yu，et al. A Study on the Light Weighting of Car Body Structure Based on Stiffness and Crash Worthiness Requirements[J]. Automotive Enginneering，2010,32(9):19-24.

[5]叶辉，胡平，申国哲，等.基于灵敏度和碰撞仿真的汽车车身轻量化优化设计[J].农业机械学报，2010,41(10):24-28,33.

Ye Hui，Hu Ping，Shen Guozhe，et al. Light Weight Optimization Design of Car Body Based on Sensitivity and Side Crash Simulation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2010,41(10):24-28,33.

[6]史国宏，陈勇，杨雨泽.白车身多学科轻量化优化设计应用[J].机械工程学报，2012,48(8):114-118.

Shi Guohong，Chen Yong，Yang Yuze. BIW Architecture Multidisciplinary Light Weight Optimization Design[J]. Journal of Mechanical Engineering，2012,48(8):114-118.

[7]高云凯，王婧人，汪翼.基于正交试验的大型客车车身结构多工况拓扑优化研究[J].汽车科技，2011(11):16-19.

Gao Yunkai，Wang Jingren，Wang Yi. Multi-case Topology Optimization of Bus Body Structure Based on Orthogonal Test[J].Auto Sci-Tech，2011(11):16-19.

[8]王登峰，卢放.基于多学科优化设计方法的白驾驶室轻量化[J].吉林大学学报（工学版），2015,45(1):29-37.

Wang Dengfeng，Lu Fang. Body-in-white Lightweight Based on Multidisciplinary Design Optimization[J]. Journal of Jilin University ( Engineering and Technology Edition)，2015,45(1):29-37.

[9]兰凤崇，赖番结，陈吉清，等.考虑动态特性的多工况驾驶室结构拓扑优化研究[J].机械工程学报，2014,50(20):122-128.

Lan Fengchong，Lai Fanjie，Chen Jiqing，et al. Multi-case Topology Optimization of Body Structure Considering Dynamic Characteristic[J]. Journal of Mechanical Engineering，2014,50(20):122-128.

[10]Satty T L，Vargas L G. Models, Methods, Concepts & Applications of the Analytic Hierarchy Process[M]. 2nd ed. New York：Springer，2012.

[11]智淑亚. 汽车车身结构与设计[M]. 北京: 机械工业出版社， 2014.

[12]马鸣图，路洪洲，李志刚.论轿车白车身轻量化的表征参量和评价方法[J].汽车工程，2009,31(5):403-406.

Ma Mingtu，Lu Hongzhou，Li Zhigang. On the Description Parameters and Evaluation Method for Light weighting of Car Body-in-white[J]. Automotive Enginneering，2009,31(5):403-406.

[13]季枫.白车身参数化建模与多目标轻量化优化设计方法研究[D]. 长春: 吉林大学,2014.

[14]陈剑，蒋丰鑫，肖悦.挖掘机驾驶室低频噪声分析与控制[J].中国机械工程，2014,25(15):2124-2129.

Chen Jian，Jiang Fengxin，Xiao Yue. Low Frequency Noise Analysis and Control of Excavator Cab[J]. China Mechanical Engineering，2014,25(15):2124-2129.

[1]	王封旭, 邢志广, 杨朋朋, 林俊, 赵建文, . 基于低熔点合金相变的变刚度软体机械臂稳态传热研究[J]. 中国机械工程, 2021, 32(07): 793-798.
[2]	刘勇, 周一帆, 许铠通, 姜伟. 车辆动力装置变刚度隔振新方法[J]. 中国机械工程, 2021, 32(06): 741-747,755.
[3]	闫岗1;袁小阳1;陈润霖2;贾谦1;金英泽1. 超导磁液推力轴承的结构设计及性能分析[J]. 中国机械工程, 2021, 32(01): 32-39.
[4]	汪泉；陈晓田；胡梦杰；曾利磊. 基于气动性能与刚度特性的风力机翼型优化设计[J]. 中国机械工程, 2020, 31(19): 2283-2289.
[5]	田文朋1;窦建明2，3;徐信芯3. 七桥油气悬架耦连方案对车身姿态的影响[J]. 中国机械工程, 2020, 31(19): 2371-2378，2387.
[6]	张凯成；李舜酩；孙明杰. 钢铝材料结合的商用车车架多工况轻量化优化设计[J]. 中国机械工程, 2020, 31(18): 2206-2211，2219.
[7]	王一熙1;吴广磊2;沈惠平1;李家宇1;孟庆梅1;李菊1;邓嘉鸣1. 半对称三平移Delta-CU并联机构的刚度建模与分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(17): 2050-2058.
[8]	杜进辅, 王峥嵘, 刘凯, 文建爽, 毛锦. 纯电动汽车高速斜齿轮传动振动特性分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(15): 1808-1814.
[9]	朱伟;李寒冰;沈惠平;刘家宏;马致远. 一种平面张拉整体机构运动学、刚度及动力学分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(11): 1296-1305.
[10]	童水光1;何顺1;童哲铭1;范慧楚1;李元松2;李明辉2;谭达辉3;钟玉伟3. 基于组合近似模型的轻量化设计方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(11): 1337-1343.
[11]	曲志冬1;肖森1;黄晶2;郄彦朝1. 面向年龄和车辆前部差异的行人下肢交通损伤[J]. 中国机械工程, 2020, 31(10): 1203-1212.
[12]	孙海;李晖;徐忠浩;贾辰强;刘远凝. 螺栓松动边界下纤维增强复合薄板固有特性分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(10): 1213-1218.
[13]	朱传敏1;顾鹏1;刘丁豪1;张恒2. 包含颈缩失稳的中厚钢板应力应变关系[J]. 中国机械工程, 2020, 31(09): 1037-1042.
[14]	魏云波;赵丹阳;王敏杰;李红霞. 高径向支撑性可生物降解聚合物血管支架结构设计与力学性能分析[J]. 中国机械工程, 2020, 31(09): 1098-1107,1130.
[15]	韩奉林1,3李鹏1,3李明辉1,3田亮2,3. 颗粒流驱动变刚度弯曲软体驱动器的设计及运动仿真[J]. 中国机械工程, 2020, 31(08): 890-897.