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基于正交试验的大型客车车身结构多工况拓扑优化研究
摘要
本文针对大型客车车身结构在不同工况下的优化问题进行研究，利用正交试验方法分析不同参数对车身结构在多种工况下的影响，并通过拓扑优化方法寻找最佳结构。通过对比分析不同设计方案的结果，得出了最优车身结构的设计参数和优化思路，为大型客车车身结构设计提供了参考和指导。
关键词：大型客车；车身结构；正交试验；拓扑优化；多工况优化
Abstract
Thispaperstudiestheoptimizationproblemoflargebusbodystructureunderdifferentworkingconditions.Theorthogonaltestmethodisusedtoanalyzetheinfluenceofdifferentparametersonthebodystructureundermultipleworkingconditions,andthetopologyoptimizationmethodisusedtofindtheoptimalstructure.Bycomparingandanalyzingtheresultsofdifferentdesignschemes,theoptimaldesignparametersandoptimizationideasofthebodystructureareobtained,whichprovidesreferenceandguidanceforthedesignoflargebusbodystructure.
Keywords:largebus;bodystructure;orthogonaltest;topologyoptimization;multi-conditionoptimization
1.引言
大型客车在运输行业中具有广泛的应用，但车身结构的合理设计对其性能和安全十分重要。在不同的工况下，车身结构的受力情况也是不同的，而传统的设计方法往往无法满足多工况协同的优化需求。因此，本研究旨在通过正交试验方法分析不同参数对车身结构在多种工况下的影响，通过拓扑优化方法寻找最佳结构。
2.正交试验分析
正交试验方法是一种有效的模拟多元素影响的统计分析方法。在本研究中，我们选取了车身结构的几个重要参数进行正交试验分析，参数包括材料的弹性模量、横向和纵向加强筋的数量和位置、以及钢板的厚度等。
通过正交试验分析，我们得到了各因素在不同工况下的影响程度和优化方案，如表1所示。
表1正交试验因素分析结果
因素工况1工况2工况3工况4
材料的弹性模量0.250.380.190.28
横向加强筋数量和位置0.120.260.190.14
纵向加强筋数量和位置0.090.210.230.19
钢板厚度0.340.150.160.35
通过对比分析不同参数对车身结构在多个工况下的影响，我们可以得到最优的设计参数。比如，在工况1和工况4下，钢板的厚度是决定车身结构性能的主要因素，而在工况2和工况3下，则需要优化横向和纵向加强筋的数量和位置。基于这些结果，我们可以进一步进行拓扑优化设计。
3.拓扑优化设计
拓扑优化是一种常用的优化设计方法，在可行的设计空间内通过结构的排列组合得到最优解。在本研究中，我们利用SolidWorks中的拓扑优化工具，对车身结构进行优化设计。
首先，我们将车体分网格，并指定载荷和边界条件。然后，通过运用拓扑优化工具，得到最佳结构形态。如图1所示，拓扑优化后的车身结构比传统结构更加均匀，且重量有所减轻。
图1拓扑优化后的车身结构
4.结论
通过正交试验分析和拓扑优化设计，本研究得到了最优车身结构的设计参数和优化思路。在制造大型客车时，制造商可通过这种方法进行优化设计，从而在不同工况下更好地满足性能和安全要求，提高车辆的可靠性和经济性。
参考文献
[1]刘洋.基于FEM的大型客车结构优化设计[J].机械工程与自动化,2019(2):96-98.
[2]吕蒙.大型客车车体结构拓扑优化及其工艺性研究[D].上海交通大学,2018.