混凝土搅拌车前后支架拓扑及尺寸优化设计

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发布时间：2021-09-18

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混凝土搅拌车前后支架拓扑及尺寸优化设计
赵加清刘倩王增全
( 清华大学机械工程系，北京100084)( 唐山亚特专用汽车有限公司，唐山630000)
Topology and sizing optimization of the front and rear supporters of the concrete mixer truck
ZHAO Jia—qing ，LIU Qian ，WANG Zeng—quan
( Key Laboratory for Advanced Materials Processing Technology Ministry for Education，P．R．China，Department of
Mechanical Engineering，Tsinghua University，Beij ing 1 00084，China)
( Tangshan Yate Special Vehicles Manufacturing Co．，LTD，Tangshan 630000，China)
：C 【摘要】前支架和后支架是混凝土搅拌车的两大关键承力部件，通过多工况下的前后支架有限元：
：分析发现，基于传统概念设计出的前后支架存在整体刚度过大和结构偏重的缺点，这些缺点不仅严重降!
：4~T搅拌车的有效载荷，而且无形中增加了搅拌车的制造成本。以前后支架减重为目标，基于多种工况，?
首先对前支架进行拓扑优化分析，对后支架进行尺寸优化分析，其次从不增加制造难度的角度，设计出了
：新的前后支架，其中前支架减重26．3％，后支架减重18．5％，新支架满足各种_z-~T的强度要求。
：关键词：拓扑优化；尺寸优化；混凝土搅拌车；支架
【Abstract】 e加 and rear supporters are two key components that bear the lnain loads of the
concrete mixer truck．By means of the FEM analysis，it is found that the supporters designed bca~ed Oil the ：
：traditional concepts(1ye over stiffand excessively heavy，which not only reduce the effective loads ofthe mixer
but also increase the manufacture cost．The paper concerns on the weight reduction ofthe supports，and the ；
?topolog? and sizing optimization are peFformed．After optimization，the supporters are redesigned with the?
：weight reduction ratio 26．3％for the front supporter and 1 8．5％ r￡ rear supporter．Meanwhile the FEM ：
i analysis ofthe new structures show that two supporters satisfy al2 the strength requires under f foad cases．：
? Key words：Topology optimization；Sizing optimization；Concrete mixer truck；Supporter
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中图分类号：TH12，U463 文献标识码：A
1引言
混凝士搅拌运输车(义称混凝土搅拌车)的主要作用是把混
凝土从剐备地点及时送剑施工现场进行浇灌。除车身底箍外，混
凝土搅拌车的部件主要包括：搅拌罐、搅拌罐前后支架、减速机
等，其中满载混凝土的搅拌罐是整车的主要外载米源，而搅拌罐
前后支架是外载的主要承力部件。本文参考I 将搅拌车的运行J
况分为以下五种：平直道路上匀速运行、应急制动、通过深沟、上
下坡及在圆轨道。基于传统概念设计出的前后支架存在整体刚度
过大和结构偏重的缺点，这些缺点严重降低厂搅拌车的有效载
荷，而且增加_r制造成本。本文以前后支架减重且不增加支架制
造难度为目标，基于多种工况，对支架前拓扑优化分析，对后支架
进行了尺寸优化分析，并设计出了满足强度要求的新支架I 1，新的
设计未增加制造难度。目前国内尚无搅拌车前后支架减重优化方
面的文献和报道。
2结构优化设计及其求解方法
根据没计变量的类型，结构优化设计分为不同的层次 I：尺寸
优化、形状优化和拓扑优化。拓扑优化是目前研究的热点。文献
对拓扑优化所采用的各种方法及其存在的问题进行了较仝而的
综述。结构优化的数学求解方法目前主要分为3类I 准则法、数学
女来稿日期：2009—09—28
规划法和以遗传算法为代表的启发式算法。目前的三大主流结构
优化没计软件为Hypermesh／Optistruct，MSC／Nastran和ANSYS。
也有学者在积极集成”发新的计算方法和平台本文借助Hy—
pe rIllesh／0I)listruct进行研究。
3工况分析
搅拌车L装部分主要结构，如图l所示，罐内混凝土的重量
一部分通过前减速器传递至前支架，另一部分通过后部的两个拖
轮传递至后支架，下面分析