基于拓扑优化的重型矿用自卸车翻车保护结构设计

• 作者: 唐华平 曾理 王胜泽 陈昊森
• 来源期刊: 工程设计学报
• 学科: 交通运输
• 关键词: 翻车保护结构 有限元法 拓扑优化 安全性能
• 年，卷（期）: 2018,（3）
• 所属期刊栏目: 优化设计
• 页码范围: 295-301
• 页数: 7页
• 分类号: U469.4
• 字数: 1765字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2018.03.007

摘要

翻车保护结构(roll-over protective structure,ROPS)是安装在工程车辆驾驶室中的一套被动保护装置,能在翻车事故中为驾驶人员提供有效的保护.为解决ROPS承载能力、刚度、轻量化和侧向吸能效果之间的矛盾,将基于变密度法的拓扑优化技术引入重型矿用自卸车ROPS设计中,以解决ROPS在给定设计域内的材料最优分布问题,提高ROPS侧向吸能效果和垂向、纵向的刚度,减轻自重.首先,利用OptiStruct结构优化模块对ROPS进行拓扑优化设计,以多工况组合应变能最小为优化目标,按照国际标准规定的性能要求施加载荷和约束条件.基于拓扑优化结果,对ROPS进行详细设计.然后,利用显示动力分析软件LS-DYNA 对ROPS的最终设计模型进行动态加载分析.最后对优化后RO PS的性能与原 ROPS的性能进行对比分析.结果表明:拓扑优化设计后的ROPS在3个工况下都没有入侵DLV(deflection-limiting volume,挠曲极限量),满足国际标准中的承载能力要求;在侧向加载中最大能量吸收达到175 kJ,满足国际标准中的侧向能量吸收要求;相较于原 ROPS,拓扑优化设计后的ROPS达到侧向能量吸收要求所需的载荷从1 324.5 kN减小到1 231 kN,加载中心点的垂向位移减小21.3%,纵向位移减小34.4%,质量减小24.1%.研究结果为重型矿用自卸车ROPS的设计提供了新方法,对后续 ROPS的设计与改进有一定的指导作用.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	曾理	中南大学机电工程学院	33	173	6.0	12.0
2	唐华平	中南大学机电工程学院	58	542	12.0	21.0
3	王胜泽	中南大学机电工程学院	3	4	2.0	2.0
4	陈昊森	中南大学机电工程学院	2	4	2.0	2.0