CN111460711A - 一种基于有限元分析的重载agv车架轻量化设计方法 - Google Patents
一种基于有限元分析的重载agv车架轻量化设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111460711A CN111460711A CN202010239760.3A CN202010239760A CN111460711A CN 111460711 A CN111460711 A CN 111460711A CN 202010239760 A CN202010239760 A CN 202010239760A CN 111460711 A CN111460711 A CN 111460711A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frame
- finite element
- load
- grid
- model
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 10
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000012356 Product development Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Automobile Manufacture Line, Endless Track Vehicle, Trailer (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，包括对原始车架模型进行中面抽取，为了简化模型和降低计算量，进行几何清理，并且对较大的孔进行网格优化；最后对整体车架进行自动的网格划分，并且进行网格质量检查，对于质量没有达到要求的网格做进一步的处理；对车架模型施加符合工业要求的材料和构件连接方式。在完成以上的模型建立之后，对模型施加静态载荷，分析在不同工况下的刚度和强度变化，为轻量化设计提供依据。在车架满足强度和刚度要求的情况下，选取自变量，约束条件，目标函数，最后使用INSIGHT商业软件进行尺寸优化。本方法基于有限元分析实现了AGV车架的轻量化设计，在满足工业实际应用场景的条件下，节约了制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及车架轻量化设计领域，尤其涉及一种基于有限元分析的设计方法。
背景技术
随着经济全球化的发展和港口自由贸易的发展，港口集装箱运输业已经进入了快速发展时期。原有的拖挂车作业已经满足不了当前港口的需求，因此，重载AGV应运而生，它是一种装有自动导引系统的集装箱码头的搬运设备，与传统集装箱码头的搬运设备相比，具有安全性高、定位精确、工作效率高等优点，同时也具有重量大等缺点。重量大会产生一些弊端，例如：能源消耗大，速度相对缓慢等。因此，对重载AGV进行轻量化设计势在必行，轻量化设计一方面可以降低能源消耗率，从而实现节能，另一方面还提高整车安全性能。实现轻量化可以通过以下三种途径实现：第一，选用新型材料。选用高强度钢、精细陶瓷、复合材料等新型材料替代原有的普通钢材；第二，利用结构优化技术。利用尺寸优化，拓扑优化，形状优化等技术对结构进行优化；第三，采用先进制造工艺。采用变厚度板和热成型等先进制造工艺实现轻量化。
随着我国科学技术的进步，电子计算机行业迅速发展起来，计算机辅助设计和分析在工程领域的应用也随之增多，运用计算机仿真模拟使得一些极为复杂的问题变得迎刃而解。本申请利用有限元分析技术实现车架重量最小的目标，该技术具有较好的应用前景。
发明内容
本申请根据重载AGV车架实际工作情况对其进行载荷边界条件的确定以及工况的选取，在满足刚度及强度的前提下，利用有限元分析技术实现车架重量最小。
为达到发明目的，本发明提供一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，包括：
S100、在hypermesh软件中对车架原始模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理，然后进行网格划分和网格质量检查；
S200、对步骤S100中所得的车架网格模型选取有足够抗凹能力、足够结构刚度的并且有良好成型性能的材料，并为不同的零件选择不同的连接方式；
S300、对步骤S200所得的车架网格模型施加符合实际的静载载荷，包括施加货物总重量、电池箱总重量、动力总成重量和油箱重量，把货物重量以均布载荷的形式添加在有限元模型的相应节点上；
S400、对步骤S300中得到有限元模型施加弯曲工况和扭转工况，分别确定弯曲工况和扭转工况下的移动自由度、旋转自由度和边界约束条件，在弯曲工况和扭转工况的工况条件下，进行刚度和强度分析；
S500、把步骤S400得到的强度和刚度分析结果作为结构轻量化设计的依据，选取车身尺寸优化的自变量，根据工程经验设置自变量的上下限，根据车架关键节点的刚度和强度要求，对自变量设置约束条件，约束条件为一阶扭转频率和车身扭转刚度不能减小，选取尺寸优化的目标函数，然后使用INSIGHT商业软件对车架的网络结构进行优化，返回最佳的优化尺寸。
进一步地，S100中所述几何处理包括：去掉较小的倒角、倒圆角；去除非连接的工艺孔；去掉对车架应力和变形影响较小的构件；对于较大的孔，利用hypermesh进行网格优化。
进一步地，步骤S500中的目标函数是车架的重量。
进一步地，步骤S100中，当中面抽取不成功时，采用hypermesh中的geom模块对车架原始模型进行修复。
进一步地，步骤S100中所述进行网格划分和网格质量检查，具体包括：对经过几何处理后的模型使用automesh进行自动网格划分，并且使用qualityindex对网格做质量检查，对不合格的相邻网格单元进行合并，合并为一个合格单元；把不合格单元再次分割成若干个小单元；移动单元节点的方式，使单元符合要求。
进一步地，步骤S300中具体包括：
步骤S301，把货物的总重量以均布载荷的形式施加在有限元的相应节点上；
步骤S302，电池箱位于纵梁上，作为单点支撑荷载施加在车架上；
步骤S303，动力总成和油箱处于车架下面，分别视为四点支撑荷载和单点支撑荷载施加在车架上。
与现有技术相比，本发明能够实现的有益效果是：本方法基于有限元分析实现了AGV车架的轻量化设计，第一，AGV车架结构较为复杂，对车架结构进行合理的简化和修补有利于车架的优化效率和保证车架有限元建模的精确性。第二，根据AGV车架的实际载荷情况，在车架的关键节点施加载荷，准确地模拟了AGV所受载荷情况。第三，结合INSIGHT本身内部的优化算法，提出一种面向环境的基于多目标优化的AGV车架轻量化设计的全新设计方法。INSIGHT的功能集成可以简化建模分析以及数据后处理等步骤，大大提高了优化效率。该AGV轻量化设计方法可以缩短产品开发周期，降低产品成本，提高设计精度，为一种效率高，自动化高以及高精度的优化方法。
附图说明
图1是基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法的流程图。
图2是步骤S100中详细流程图。
图3是步骤S200添加车架材料和连接工艺的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及说明书附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本实施例提供的一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，具体步骤如下：
步骤S100，利用hypermesh软件的中面抽取功能面板对车架原始模型进行中面抽取操作。为了简化模型和降低计算量，对中面抽取后的模型进行必要的几何清理；最后对车架进行自动网格划分和网格质量检查，如图2所示。
步骤S100中，具体包括：
步骤S101，对车架原始模型进行中面抽取。由于车架的长度和宽度远远大于板厚，所以如果在中面抽取的过程中出现了不成功的情况，需要利用hypermesh的geom模块进行修复，使其中面具有连续性。在几何清理操作当中，去掉较小的倒角、倒圆角，去除非连接用的工艺孔；去除对应力和形变影响小的构件，比如销孔、吊耳、凸台；对于较大的孔，使用hypermesh的washer工具进行网格优化；对车架的装饰构件进行去除。
步骤S102，对经过中面抽取和几何处理后的模型，使用automesh进行自动网格划分，并且使用qualityindex面板对网格做质量检查，对不合格的相邻网格单元进行合并，合并为一个合格单元；把不合格单元再次分割成若干个小单元；移动单元节点的方式，使单元符合要求。对于大量需要改进的单元，使用2D模块的smooth面板通过设定好单元的质量指标，进行大量的单元网格优化。
步骤S200，对步骤S100得到的车架网格模型选取材料Q235。利用hypermesh中的连接功能面板为不同的零件选择不同的连接方式。
关于步骤S200，具体包括：
步骤S201，选取具有足够的抗凹能力、足够的结构刚度、良好成型性能的、良好焊接性、良好抗腐蚀性和良好喷涂性的的材料Q235。在hypermesh的materials面板进行相关参数的设置。
步骤S202，把步骤S201得到的模型里的连接件设置不同的连接工艺，包括焊缝、点焊、螺栓链接。在hypermesh的connectors面板对连接位置进行模拟。
步骤S300，把步骤S200获得的车架网格模型施加符合实际的静载载荷，包括施加货物总重量、电池箱总重量、动力总成重量和油箱重量。
关于步骤S300，具体包括：
步骤S301，把货物的总重量以均布载荷的形式施加在有限元的相应节点上。
步骤S302，电池箱位于纵梁上，作为单点支撑荷载施加在车架上。
步骤S303，动力总成和油箱处于车架下面，分别视为四点支撑荷载和单点支撑荷载施加在车架上。
步骤S400，把步骤S300得到有限元模型施加弯曲工况和扭转工况，分别确定弯曲工况和扭转工况下的移动自由度，旋转自由度和边界约束条件。在弯曲工况和扭转工况的工况条件下，进行刚度和强度分析。
步骤S500，把步骤S400得到的强度和刚度分析结果作为结构轻量化设计的依据，选取车身尺寸优化的自变量，根据工程经验设置自变量的上下限，根据车架关键节点的刚度和强度要求，对自变量设置约束条件，约束条件为一阶扭转频率和车身扭转刚度不能减小，选取尺寸优化的目标函数，然后使用INSIGHT商业软件对车架的网络结构进行优化，返回最佳的优化尺寸。
Claims (6)
1.一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，其特征在于，包括：
S100、在hypermesh软件中对车架原始模型进行中面抽取，并对中面抽取后的模型进行几何清理，然后进行网格划分和网格质量检查；
S200、对步骤S100中所得的车架网格模型选取材料，并为不同的零件选择不同的连接方式；
S300、对步骤S200所得的车架网格模型施加符合实际的静载载荷，包括施加货物总重量、电池箱总重量、动力总成重量和油箱重量；
S400、对步骤S300中得到有限元模型施加弯曲工况和扭转工况，分别确定弯曲工况和扭转工况下的移动自由度、旋转自由度和边界约束条件，在弯曲工况和扭转工况的工况条件下，进行刚度和强度分析；
S500、把步骤S400得到的强度和刚度分析结果作为结构轻量化设计的依据，选取车身尺寸优化的自变量，控制自变量的数量，根据工程经验设置自变量的上下限，根据车架关键节点的刚度和强度要求，对自变量设置约束条件，约束条件为一阶扭转频率和车身扭转刚度不能减小，选取尺寸优化的目标函数，然后使用INSIGHT商业软件对车架的网络结构进行优化，返回最佳的优化尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，其特征在于，S100中所述几何清理包括：去掉较小的倒角、倒圆角；去除非连接的工艺孔；去掉对车架应力和变形影响较小的构件；对于较大的孔，利用hypermesh进行网格优化；对车架的装饰构件进行去除。
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，其特征在于：步骤S100中，当中面抽取不成功时，采用hypermesh中的geom模块对车架原始模型进行修复。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，其特征在于：步骤S100中所述进行网格划分和网格质量检查，具体包括：
对经过几何处理后的模型使用automesh进行自动网格划分，并且使用qualityindex对网格做质量检查，对不合格的相邻网格单元进行合并，合并为一个合格单元；把不合格单元再次分割成若干个小单元；移动单元节点的方式，使单元符合要求。
5.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，其特征在于：步骤S300中具体包括：
步骤S301，把货物的总重量以均布载荷的形式施加在有限元的相应节点上；
步骤S302，电池箱位于纵梁上，作为单点支撑荷载施加在车架上；
步骤S303，动力总成和油箱处于车架下面，分别视为四点支撑荷载和单点支撑荷载施加在车架上。
6.根据权利要求1所述的一种基于有限元分析的重载AGV车架轻量化设计方法，其特征在于：步骤S500中的目标函数是车架的重量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010239760.3A CN111460711A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种基于有限元分析的重载agv车架轻量化设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010239760.3A CN111460711A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种基于有限元分析的重载agv车架轻量化设计方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111460711A true CN111460711A (zh) | 2020-07-28 |
Family
ID=71680722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010239760.3A Pending CN111460711A (zh) | 2020-03-30 | 2020-03-30 | 一种基于有限元分析的重载agv车架轻量化设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111460711A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112800655A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-05-14 | 北京科技大学 | 基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法 |
| CN112926158A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-08 | 上海设序科技有限公司 | 一种工业机械设计场景下基于参数微调的通用设计方法 |
| CN113239468A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-10 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | 总装吊具变形量的仿真分析方法 |
| CN114861480A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-08-05 | 上海交通大学 | 一种电动车底盘焊缝布局可靠性优化方法 |
| CN115158510A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-10-11 | 扬州新瑞车业发展有限公司 | 汽车轻量化车架设计方法及系统 |
| CN115571221A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-06 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种底盘车架结构弯曲刚度建模方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104112050A (zh) * | 2014-07-23 | 2014-10-22 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种轻型车辆非承载式车架结构优化设计方法 |
-
2020
- 2020-03-30 CN CN202010239760.3A patent/CN111460711A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104112050A (zh) * | 2014-07-23 | 2014-10-22 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种轻型车辆非承载式车架结构优化设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 李楠楠: "重载 AGV 轻量化设计研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112800655A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-05-14 | 北京科技大学 | 基于创成式优化及导向式重构的大中型件轻量化设计方法 |
| CN112926158A (zh) * | 2021-03-16 | 2021-06-08 | 上海设序科技有限公司 | 一种工业机械设计场景下基于参数微调的通用设计方法 |
| CN112926158B (zh) * | 2021-03-16 | 2023-07-14 | 上海设序科技有限公司 | 一种工业机械设计场景下基于参数微调的通用设计方法 |
| CN113239468A (zh) * | 2021-06-09 | 2021-08-10 | 宝能(广州)汽车研究院有限公司 | 总装吊具变形量的仿真分析方法 |
| CN114861480A (zh) * | 2022-03-25 | 2022-08-05 | 上海交通大学 | 一种电动车底盘焊缝布局可靠性优化方法 |
| CN115158510A (zh) * | 2022-04-27 | 2022-10-11 | 扬州新瑞车业发展有限公司 | 汽车轻量化车架设计方法及系统 |
| CN115158510B (zh) * | 2022-04-27 | 2023-08-29 | 扬州新瑞车业发展有限公司 | 汽车轻量化车架设计方法及系统 |
| CN115571221A (zh) * | 2022-10-31 | 2023-01-06 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种底盘车架结构弯曲刚度建模方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111460711A (zh) | 一种基于有限元分析的重载agv车架轻量化设计方法 | |
| Tian et al. | Technology innovation system and its integrated structure for automotive components remanufacturing industry development in China | |
| CN102184285B (zh) | 一种数字化样机设计集成开发方法和集成开发系统 | |
| CN106126849B (zh) | 一种车身焊点布置的非线性拓扑优化方法 | |
| CN106919763A (zh) | 一种产品结构尺寸优化方法 | |
| CN111737827B (zh) | 立体集群式飞机壁板自动化装配生产线及其规划控制方法 | |
| Naranje et al. | Optimization of factory layout design using simulation tool | |
| CN104239624A (zh) | 一种机床床身内部结构优化设计方法 | |
| CN112906136B (zh) | 船体外板的激光热成形变形预测方法和系统 | |
| CN104484511A (zh) | 一种基于仿真分析的机器人结构动态特性设计方法 | |
| CN111310368B (zh) | 一种吸能模块有限元模型开孔参数化变形方法、介质和系统 | |
| CN110489895B (zh) | 一种基于bim技术的桥梁花瓶墩盖梁钢模板设计方法 | |
| Deng et al. | Planning a circular economy system for electric vehicles using network simulation | |
| Lu et al. | Manufacturing process modeling of Boeing 747 moving line concepts | |
| Meng et al. | Intelligent layout optimization of reconfigurable flexible fixture for assembling multiple aircraft panels | |
| CN116562075B (zh) | 电池包结构设计方法、装置、终端和存储介质 | |
| Bertram et al. | Cost assessment in ship production | |
| Moroncini et al. | NVH structural optimization using beams and shells FE concept models in the early car development phase at BMW | |
| CN108133068B (zh) | 一种桁架式无人车辆车体轻量化设计方法 | |
| CN103123277A (zh) | 一种电子汽车衡秤台结构 | |
| CN110955930B (zh) | 一种矿用工程车辆轻量化模型获取方法及装置 | |
| KR20130015426A (ko) | ３ｄ 플랜트 구축 공정 시뮬레이션을 이용한 자동차 차체공장 구축 방법 | |
| CN112685861A (zh) | 一种适用于建筑骨架的轻量化设计优化方法 | |
| Ozkok et al. | Determination of the effects of the pre-outfitting and pre-piping assembly operations on shipyard productivity | |
| CN105787221A (zh) | 一种车身底板的设计和优化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200728 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |