基于 solidThinking Inspire 的某强夯机车架结构设计

技术支持 2019年11月18日浏览：2360

摘要:通过 solidThinking Inspire 优化技术，完成某强夯机车架轻量化结构设计，并应用 HyperWorks 相关软件对优化结构进行校核计算，计算结果表明,solidThinking Inspire 能够快速创建更轻更可靠的结构，实现仿真驱动设计。

关键词: solidThinking Inspire 结构设计 HyperWorks 强夯车架

1 引言

目前，随着计算机计算性能的提升以及 CAE 工具的提升，特别是有限元计算技术、拓扑优化技术、参数优化技术、形状优化技术、疲劳寿命分析技术等商业软件的开发和完善，使得 CAE 驱动设计成为现实。但是传统的 CAE 软件专业性强，通常需要专门的 CAE 分析人员进行这项工作。solidThinking Inspire 的出现，改变了产品设计师和结构工程师传统的设计方式，使得不是专业从事 CAE 分析的普通产品设计师也能够快速创建更轻的结构，更好地了解材料的分布规律，并可轻松导入 CAD 工具。本文以公司战略产品——大夯能液压履带式强夯机车架为对象，应用 solidThinking Inspire，尝试 CAE 创新设计。得到的新结构强度在全工况下满足要求，车架重量较经验设计轻 5.24 吨。

2 强夯车架结构设计

2.1 车架结构设计

该大夯能强夯机的整体结构如图 2.1 所示，由工作装置和车架组成，经验设计的车架为箱型结构，重量为 12.44 吨，如图 2.2 所示。以单边不动，另一边转弯为初始优化设计工况，在 solidThinking Inspire 中建立优化设计模型，如图 2.3 所示，单边转弯工况下，履带架一端固定，简化为车架一侧法兰施加固定约束，履带架另一端施加最大驱动力，等效为在车架另一侧法兰上施加集中力和力矩，载荷工况如图 2.4 所示，通过优化得到车架材料分布，如图 2.5 所示。

根据 Inspire 得到的车架材料分布规律，将计算结果导入 CAD 软件，同时考虑驾驶室、发动机、油箱等其他部件的布局，进行重新设计，如图 2.6 图示，新结构车架重量较经验设计轻 5.24 吨。

图 2.1 整体结构

图 2.2 车架经验设计结构

图 2.3 车架 Inspire 优化设计模型

图 2.4 载荷工况

图 2.5 车架优化结果

图 2.6 车架新结构

2.2 车架强度校核

在吊重和打夯工况下，车架受力较小，而转弯工况下车架受力较恶劣，因此车架在转弯工况下的强度和刚度是关注重点。在 OptiStruct 中对新结构进行转弯工况下的强度和刚度校核：一侧履带架固定，另外一侧履带架约束竖向位移，动力头处施加最大驱动力。向前转弯工况、向后转弯工况计算结果应力、位移分布如图 2.7、图 2.8 所示。