一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法技术

本发明专利技术属于车辆结构设计技术领域，具体涉及一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，所述方法基于动力学理论模型建立高速履带车辆整车多层级质量矩阵和刚度矩阵，根据车体和履带联合轻量化设计方案生成整车轻量化质量矩阵，计算各轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数，确定最优轻量化设计方案，计算最优轻量化设计方案的模态动能分布，确定可优化的刚度参数。本发明专利技术具有提高建模效率，增加轻量化设计方案可靠性，细化可优化刚度参数，降低研发成本等优势，能够为高速履带车辆结构轻量化设计提供有效的高任务可靠性方案。务可靠性方案。务可靠性方案。

【技术实现步骤摘要】
一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法


[0001]本专利技术属于车辆结构设计
，具体涉及一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法。

技术介绍

[0002]轻量化设计是高速履带车辆的重要研究领域，是指在不降低高速履带车辆原有性能标准的基础上降低整备质量，实现增大功率密度、提升机动性能、优化结构设计等目的。目前高速履带车辆结构轻量化设计主要以刚强度特性不降低为标准，没有考虑由轻量化设计引起的结构固有频率改变而引发的整车振动特性的变化。高速履带车辆因为车速高其振动特性比低速履带车辆更复杂，因此其振动特性的变化对任务可靠性有较大影响，在轻量化设计中不容忽视。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本专利技术要解决的技术问题是：如何解决现有高速履带车辆结构轻量化设计中，未考虑整车振动特性变化，从而影响整车任务可靠性的问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1：建立高速履带车辆整车多层级质量矩阵和刚度矩阵；
[0008]步骤2：利用整车多层级质量矩阵进行车体和履带联合轻量化设计；
[0009]步骤3：计算所有轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数，确定最优轻量化设计方案；
[0010]步骤4：计算最优轻量化设计方案下的整车模态动能分布；
[0011]步骤5：确定最优轻量化设计方案的可优化刚度参数。
[0012]其中，所述步骤1中，所述整车多层级包括车体、动力装置、负重轮、履带。
[0013]其中，所述步骤1中，所述整车多层级质量矩阵如式(1)所示，其中，子矩阵M
b
为车体质量矩阵，子矩阵M
e
为动力装置质量矩阵，子矩阵M
w
为负重轮质量矩阵，子矩阵M
r
为履带质量矩阵；
[0014][0015]其中，所述步骤1中，所述整车多层级刚度矩阵如式(2)所示，其中，子矩阵K
b
为车体刚度矩阵，子矩阵K
e
为动力装置刚度矩阵，子矩阵K
w
为负重轮刚度矩阵，子矩阵K
r
为履带刚度矩阵；子矩阵K
be
为动力悬置子系统对车体的刚度影响矩阵，K
eb
为车体对动力悬置子系
统的刚度影响矩阵；子矩阵K
bw
为负重轮对车体的刚度影响矩阵，K
wb
为车体对负重轮的刚度影响矩阵；子矩阵K
wr
为履带对负重轮的刚度影响矩阵，K
rw
为负重轮对履带的刚度影响矩阵；
[0016][0017]其中，所述步骤2的具体实现步骤如下：
[0018]步骤2.1：根据车体可选的n种轻量化材料中的第i种材料的参数生成车体轻量化质量矩阵M
bi
；
[0019]步骤2.2：根据履带可选的m种轻量化材料中的第j种材料的参数生成履带轻量化质量矩阵M
rj
；
[0020]步骤2.3：将步骤2.1中的n种车体轻量化材料与步骤2.2中的m种履带轻量化材料进行组合，得到n
×
m种车体和履带联合轻量化设计方案；其中第i种车体轻量化材料与第j种履带轻量化材料组合后得到的轻量化设计方案T
ij
的整车轻量化质量矩阵M
ij
如式(3)所示；
[0021][0022]其中，所述步骤3的具体实现步骤如下：
[0023]步骤3.1：由步骤2.3中的式(3)整车轻量化质量矩阵M
ij
和步骤1中的式(2)整车刚度矩阵K计算轻量化设计后整车的固有频率向量F
ij
；
[0024]步骤3.2：根据式(4)计算步骤2.3中的n
×
m种轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数t
ij
，其中e1为轻量化质量设计权重，e2为轻量化可靠性设计权重，e1+e2＝1，u
ij
为车体质量数量级系数，m
b0
为车体轻量化设计前的原有质量，m
bi
为车体使用第i种轻量化材料后的质量，m
r0
为履带轻量化设计前的原有质量，m
rj
为履带使用第j种轻量化材料后的质量，f
ijk
为固有频率向量F
ij
中的元素，f0为上装负载敏感频率，f
t1
为影响任务可靠性的频率范围下限，f
t2
为影响任务可靠性的频率范围上限，v
ij
为满足f
t1
≤f
ijk
≤f
t2
的f
ijk
的数量；
[0025][0026]步骤3.3：比较由步骤3.2得到的n
×
m种车体和履带联合轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数t
ij
的大小，其中的最大值t
pq
为最优面向任务可靠性的轻量化设计参数，t
pq
对应的轻量化设计方案T
pq
为最优轻量化设计方案，T
pq
对应的整车轻量化质量矩阵为M
pq
。
[0027]其中，所述步骤4的具体实现步骤如下：
[0028]步骤4.1：由步骤3.3得到的最优轻量化设计方案T
pq
的整车轻量化质量矩阵M
pq
和
式(2)整车刚度矩阵K计算整车主振型矩阵A
pq
；
[0029]步骤4.2：由步骤3.3得到的最优轻量化设计方案T
pq
的整车轻量化质量矩阵M
pq
和步骤4.1得到的主振型矩阵A
pq
根据式(5)计算最优轻量化设计方案T
pq
的模态动能分布矩阵Ε
pq
(c,h)；
[0030]其中c表示第c个自由度，h表示第h阶模态，A
pq(h)
表示第h阶模态主振型，a
ch
表示第h阶模态主振型中第c个自由度，a
sh
表示第h阶模态主振型中第s个元素，m
cs
表示整车轻量化质量矩阵M
pq
中的第c个自由度的第s个元素；
[0031][0032]其中，所述步骤5的具体实现步骤如下：
[0033]步骤5.1：根据式(6)确定最优轻量化设计方案T
pq
的影响可靠性的固有频率向量F
pq
′
，以及F
pq
′
对应的阶次向量R
′
pq
，式(6)中F
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤1：建立高速履带车辆整车多层级质量矩阵和刚度矩阵；步骤2：利用整车多层级质量矩阵进行车体和履带联合轻量化设计；步骤3：计算所有轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数，确定最优轻量化设计方案；步骤4：计算最优轻量化设计方案下的整车模态动能分布；步骤5：确定最优轻量化设计方案的可优化刚度参数。2.如权利要求1所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤1中，所述整车多层级包括车体、动力装置、负重轮、履带。3.如权利要求1所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤1中，所述整车多层级质量矩阵如式(1)所示，其中，子矩阵M
b
为车体质量矩阵，子矩阵M
e
为动力装置质量矩阵，子矩阵M
w
为负重轮质量矩阵，子矩阵M
r
为履带质量矩阵；4.如权利要求3所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤1中，所述整车多层级刚度矩阵如式(2)所示，其中，子矩阵K
b
为车体刚度矩阵，子矩阵K
e
为动力装置刚度矩阵，子矩阵K
w
为负重轮刚度矩阵，子矩阵K
r
为履带刚度矩阵；子矩阵K
be
为动力悬置子系统对车体的刚度影响矩阵，K
eb
为车体对动力悬置子系统的刚度影响矩阵；子矩阵K
bw
为负重轮对车体的刚度影响矩阵，K
wb
为车体对负重轮的刚度影响矩阵；子矩阵K
wr
为履带对负重轮的刚度影响矩阵，K
rw
为负重轮对履带的刚度影响矩阵；5.如权利要求4所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤2的具体实现步骤如下：步骤2.1：根据车体可选的n种轻量化材料中的第i种材料的参数生成车体轻量化质量矩阵M
bi
；步骤2.2：根据履带可选的m种轻量化材料中的第j种材料的参数生成履带轻量化质量矩阵M
rj
；步骤2.3：将步骤2.1中的n种车体轻量化材料与步骤2.2中的m种履带轻量化材料进行组合，得到n
×
m种车体和履带联合轻量化设计方案；其中第i种车体轻量化材料与第j种履带轻量化材料组合后得到的轻量化设计方案T
ij
的整车轻量化质量矩阵M
ij
如式(3)所示；
6.如权利要求5所述一种面向任务可靠性的高速履带车辆结构轻量化设计方法，其特征在于，所述步骤3的具体实现步骤如下：步骤3.1：由步骤2.3中的式(3)整车轻量化质量矩阵M
ij
和步骤1中的式(2)整车刚度矩阵K计算轻量化设计后整车的固有频率向量F
ij
；步骤3.2：根据式(4)计算步骤2.3中的n
×
m种轻量化设计方案的面向任务可靠性的轻量化设计参数t
ij
，其中e1为轻量化质量设计权重，e2为轻量化可靠性设计权重，e1+e2＝1，u
ij
为车体质量数量级系数，m
b0
为车体轻量化设计前的原有质量，m
bi
为车体使用第i种轻量化材料后的质量，m
r0
为履带轻量化设计前的原有质量，m
rj
为履带使用第j种轻量化材料后的质量，f
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍珂，杨征葳，褚艳涛，王超凡，侯琼，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：