动静刚度约束下客车骨架的轻量化设计

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2017.08.002

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2017, Vol. 45 ›› Issue (8): 7-12.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2017.08.002

动静刚度约束下客车骨架的轻量化设计

左文杰^1,2马洪刚^1,3 桂春阳² 李行⁴

1．吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室，吉林长春 130025; 2．吉林大学机械科学与工程学院，吉林长春 130025; 3．吉林大学汽车工程学院，吉林长春 130025; 4．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所空间机器人工程中心创新研究室，吉林长春 130033

收稿日期:2016-09-27 修回日期:2017-02-16 出版日期:2017-08-25 发布日期:2017-07-02
通信作者: 左文杰(1981-)，男，博士，副教授，主要从事汽车结构轻量化研究． E-mail:zuowenjie@jlu.edu.cn
作者简介:左文杰(1981-)，男，博士，副教授，主要从事汽车结构轻量化研究．
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(51575226);吉林省科技发展计划项目(20140101071JC)

Lightweight Design of Bus Frame Constrained by Static and Dynamic Stiffness

ZUO Wen-jie^1,2 MA Hong-gang^1,3 GUI Chun-yang² LI Hang⁴

1.State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control,Jilin University,Changchun 130025,Jilin,China; 2.College of Mechanical Science and Engineering，Jilin University,Changchun 130025,Jilin,China; 3.College of Automotive Engineering,Jilin University,Changchun 130025,Jilin,China; 4.Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,Jilin,China

Received:2016-09-27 Revised:2017-02-16 Online:2017-08-25 Published:2017-07-02
Contact: 左文杰(1981-)，男，博士，副教授，主要从事汽车结构轻量化研究． E-mail:zuowenjie@jlu.edu.cn
About author:左文杰(1981-)，男，博士，副教授，主要从事汽车结构轻量化研究．
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China(51575226) and the Plan for Scientific and Technological Development of Jilin Province(20140101071JC)

摘要/Abstract

摘要： 对由矩形管梁拼焊而成的客车骨架结构进行轻量化研究．首先计算了矩形管梁单元的截面特性，并定义了客车骨架的静态弯扭刚度响应与动态频率刚度响应．其次建立
了客车结构优化数学模型:目标函数是车身骨架质量;设计变量是矩形管截面宽度、高度与厚度;约束是弯扭刚度与频率刚度．然后推导了响应对设计变量的灵敏度信息，并采用序列线性规划求解了该非线性优化模型．最后通过数值算例验证了该模型能在满足约束条件的前提下高效地获得轻量化的客车最优结构．

关键词: 客车骨架, 轻量化设计, 弯扭刚度;频率刚度, 优化设计

Abstract: In order to achieve a lightweight structure of the bus frame consisting of rectangular tubes,first,the cross-sectional properties of the rectangular tubes are calculated,and the responses of static bending stiffness,static torsional stiffness，and dynamic frequency stiffness are respectively defined.Next,a structural optimization model of the bus frame is constructed.In the model，the objective function is the structural mass,the design variables are the cross-sectional breadth,height,and thickness of the rectangular tubes,and the constraints are the bending,torsional and frequency stiffness.Then,the sensitivity information of the responses with respect to the design varia- bles is derived,and the nonlinear optimization model is solved through the sequential linear programming.Finally， by a numerical example,it is proved that the proposed method can efficiently acquire the optimal bus frame that satisfies the constraint conditions.

Key words: bus frame, lightweight design, bending and torsional stiffness, frequency stiffness, structural optimization

左文杰马洪刚桂春阳李行. 动静刚度约束下客车骨架的轻量化设计[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2017, 45(8): 7-12.

ZUO Wen-jie MA Hong-gang GUI Chun-yang LI Hang . Lightweight Design of Bus Frame Constrained by Static and Dynamic Stiffness[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2017, 45(8): 7-12.

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动静刚度约束下客车骨架的轻量化设计

Lightweight Design of Bus Frame Constrained by Static and Dynamic Stiffness

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