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在经济飞速发展的当今时代,各相关制造业之间的竞争也随之愈演愈烈,半挂车制造业即为其中一员。随着半挂车制造商的不断增加以及制造技术的不断创新,其市场竞争形势越来越为严峻。单凭过去的经验设计,仅仅满足车架的强度和刚度已不能够有足够的竞争力,此时车架的轻量化显得尤为重要,它不仅能提高该产品的市场竞争力,还能节约材料及成本,也符合当今建设节约型社会的主题。首先,本文阐述了本课题的来源及研究意义,同时查阅了国内外相关车架轻量化的文献资料,并分别对国内外研究现状进行了总结。然后,通过SolidWorks三维建模软件建立了本文所研究的半挂车车架的三维几何模型,并对车架模型进行了必要的简化,随即将车架三维几何模型导入有限元分析软件HyperWorks前处理模块Hypermesh中,并对该模型进行了抽取中面、定义材料参数及网格划分的操作,最终建立起了该车架的有限元模型。其次,对建立好的车架有限元模型进行了模态分析和静力学分析。结合半挂车在实际运输过程中可能会出现的情况,通过对车架施加不同的约束及载荷,模拟了车架在行驶过程中可能出现的四种典型工况,进而对各工况进行了有限元分析,并校核了其刚度和强度,结果表明,该车架刚度及强度符合要求,且有一定的冗余。通过对自由状态(无约束)下车架进行的模态分析和计算,得到了该车架的固有频率和振型,与外界激振频率相比较,验证了车架动态性能的合理性。最后,利用HyperWorks软件优化设计模块Optistruct对车架进行了灵敏度分析和结构优化设计。以车架横梁、纵梁等构件的厚度为设计变量,分析计算了设计变量对车架柔度系数(刚度)和质量的灵敏度,并获得了相应的灵敏度数值。根据灵敏度分析得到的结果,选定了以某些构件的厚度作为结构优化设计的设计变量,并且以车架整体质量最小为目标函数,以最大应力和最大变形为约束条件,在Optistruct中对车架有限元模型先后进行了尺寸优化分析和部分构件材料替换优化计算,随后建立尺寸-材料优化模型,对车架进行了尺寸和材料联合优化分析,最终优化后的车架质量较原来减轻了约15.4%。