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結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計屬于CAE技術(shù)，將力學(xué)理論、數(shù)學(xué)優(yōu)化算法、計算機技術(shù)進行有機結(jié)合，為工程師設(shè)計人員提供了一種實現(xiàn)結(jié)構(gòu)強度分析和優(yōu)化設(shè)計的手段，以便從眾多的可行性設(shè)計方案中找出盡可能完善或者最好的設(shè)計方案。
由橋殼自身的結(jié)構(gòu)特點及其等效應(yīng)力應(yīng)變云圖，設(shè)計變量選取橋殼的厚度rear axle thickness和橋殼中間圓的直徑centre-circle R。分析表中的結(jié)果，優(yōu)化設(shè)計的目標選取為緊急制動工況時的最大等效應(yīng)力、最大應(yīng)變及其自身的質(zhì)量。
在Workbench優(yōu)化設(shè)計模塊中，點擊選擇P1和P2，然后在properties of outline中設(shè)置上下限邊界，橋殼厚度約束范圍為12-16，中間圓直徑約束范圍為200-218，系統(tǒng)會自動生成17個設(shè)計點，并計算每個設(shè)計點對應(yīng)的等效應(yīng)力、應(yīng)變和質(zhì)量的數(shù)值。在優(yōu)化結(jié)果中，首先是幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)與目標函數(shù)的響應(yīng)圖。
由上述響應(yīng)圖可知，每個點對應(yīng)一個橋殼厚度值、中間圓直徑值和一個相關(guān)的響應(yīng)參數(shù)值(緊急制動工況下最大等效應(yīng)力值、應(yīng)變值或者橋殼質(zhì)量)，從響應(yīng)圖的靈敏度來看，橋殼厚度對等效應(yīng)力、應(yīng)變、質(zhì)量的影響大于中間圓直徑對其影響，局部靈敏度直方圖也很容易看出。通過設(shè)置目標函數(shù)的相關(guān)要求可以得到一組最優(yōu)方案。進入Workbench中的Optimization，進行目標函數(shù)的設(shè)置，在橋殼優(yōu)化設(shè)計中，盡量要求質(zhì)量輕，即質(zhì)量要小于優(yōu)化前的數(shù)值，同時要求其等效應(yīng)力和應(yīng)變不要超過其許用應(yīng)力、許用應(yīng)變。設(shè)置完成后，更新優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，將最終得到基于目標函數(shù)設(shè)置的3組候選設(shè)計列表。
由優(yōu)化設(shè)計結(jié)果可知，基于車橋的裝配關(guān)系，盡量少地改變中間圓的直徑，因此最終選取Candidate B方案，即將橋殼厚度改為13.45mm，中間圓直徑改為206.09mm，把B方案設(shè)置為當(dāng)前結(jié)構(gòu)模型，從而得到優(yōu)化后的等效應(yīng)力、應(yīng)變和質(zhì)量數(shù)值。優(yōu)化設(shè)計前后設(shè)計變量、目標函數(shù)等參數(shù)的數(shù)值對比如表所示。對比上述參數(shù)可知，優(yōu)化后橋殼質(zhì)量為0.12008t、最大等效應(yīng)力為247.67MPa、應(yīng)變?yōu)?.0916mm。橋殼質(zhì)量減少了2.89kg，緊急制動工況下最大等效應(yīng)力相對而言也有微弱減小，應(yīng)變幾乎沒有變化。可見，本次優(yōu)化設(shè)計具有實際意義，實現(xiàn)橋殼輕量化設(shè)計，提高橋殼開發(fā)周期。
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