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题名基于拓扑优化的重型矿用自卸车翻车保护结构设计
被引量：6
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作者
唐华平
曾理
王胜泽
陈昊森
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机构
中南大学机电工程学院
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出处
《工程设计学报》
CSCD
北大核心
2018年第3期295-301,共7页
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基金
国家高技术研究发展计划(863计划)项目(SS2012AA041809)
湖南省科技重大专项计划项目(2010FJ1003-2)
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文摘
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ROPS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175kJ,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1 324.5kN减小到1 231kN,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。
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关键词
翻车保护结构
有限元法
拓扑优化
安全性能
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Keywords
roll-over protective structure （ROPS ）
finite element method
topology optimization
safety performance
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分类号
U469.4
[机械工程—车辆工程]
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