摘要
随着国家节能减排战略的不断推进和石油资源的日益紧缺，汽车轻量化设计成为研究的重点内容。厢式运输车辆具有安全、环保等优点，目前已经成为城市物流中的主力车型，大力发展厢式运输是国内物流行业的大趋势。货箱作为厢式运输车辆的主要承载部件，其质量约占车辆总重的15%~30%，因此对货箱轻量化技术进行研究，开发一款轻量化程度较高的新型货箱，从而响应市场需求，提高产品竞争力，对相关企业具有重要意义。 首先，本文基于企业需求和轻量化领域已有的研究成果，制定了货箱的设计思路，确定货箱中主要部件均为铝合金材质，并在三维建模软件SolidWorks中建立了货箱的三维模型。将三维模型导入有限元软件HyperMesh中，为货箱装配车架、垫木等关键部件，经过几何清理、网格划分以及钢板弹簧模拟等前处理工作，得到了货箱在整车环境下的有限元模型。 其次，根据企业标准要求，确定静力学分析工况，并基于库仑土压力模型和车辆系统动力学相关理论，计算出不同工况下货物对箱板的侧向载荷。在Optistruct求解器中对货箱进行静力学分析，校核货箱的强度和刚度，发现了货箱存在强度不足和刚度不足的情况。进一步，对货箱进行自由模态分析，提取前12阶模态固有频率和振型，通过对比模态频率和外界激振频率，了解到货箱的动态性能缺陷。 然后，根据货箱静力学分析和模态分析中发现的问题，有针对性的对货箱结构进行优化设计：改变货箱底部横梁的截面形状，增加横梁支撑和加强筋，在应力集中部位进行局部加强，改变前端面下边梁与地板的连接形式，在顶面增加骨架。对结构优化后的货箱重新进行静动态性能分析，验证了优化设计的合理性。 最后，综合采用试验设计、近似模型技术和多目标优化方法，提出了一种基于RBF近似模型的瓦楞板几何参数多目标优化设计办法，以瓦楞板各项几何参数作为试验因子，通过最优拉丁超立方抽样获得样本空间，并进行仿真试验获取输出响应，建立RBF近似模型用于替代有限元仿真过程，使用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法进行寻优计算，得到瓦楞板几何参数的最优解，结果表明：瓦楞板优化后，货箱质量显著降低的同时其刚度也得到提升。进一步，对货箱进行尺寸优化，以货箱中部分零件的厚度作为设计变量，定义质量最小为优化目标，在Optistruct中求解计算，得到了最优厚度组合，货箱质量进一步减轻。对轻量化后的货箱进行静动态性能校核，验证了其各项性能均满足设计要求。
NETL