轻质多材料重载自动引导车总成优化设计

作     者：孙鸿 李启慧 傅海龙 彭浩 SUN Hong;LI Qihui;FU Hailong;PENG Hao

作者机构：南京工业大学机械与动力工程学院江苏南京211800 华晓精密工业(苏州)有限公司江苏苏州215000 

基　　金：国家重点研发计划课题(2021YFB3001302) 

出 版 物：《工程科学与技术》 (Advanced Engineering Sciences)

年 卷 期：2023年第55卷第6期

页      码：236-244页

摘      要：自动引导车(AGV)在智能制造高速发展的过程中逐渐呈现大型化、重载化的趋势,关键承载部件的优化设计能够显著降低重载AGV的重量及运行时的能耗,直接降低其制造及使用成本。本研究使用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为轻质材料,针对80 t级标准平台AGV关键承载部件从材料到结构进行总成优化设计。首先,使用双向渐进结构法(BESO)拓扑优化车架及舵轮安装板,采用单元灵敏度过滤技术消除细小的分叉结构,得到了适合实际制造的优化结构。然后,制备不同层数及编织方向的CFRP试样,进行拉伸及面内剪切实验,获得CFRP的力学性能参数。随后,优化复合材料层合板的铺层角度,仿真结果表明,复合材料优化后的铺层角度为[–12/33/55/–68](从下至上铺层角度依次为–12°、33°、55°、–68°),使多层材料面内最大Mises应力和位移分别降低了25.79%和9.95%。最后,针对车身进行有限元分析。研究结果表明:优化设计使重载AGV重量明显降低,新结构在未大幅提升最大Mises应力与位移的前提下,总重量降低21.79%,其中,舵轮安装板采用角度优化后的CFRP铺层组,其重量仅为优化前的8.83%。模态分析表明,新结构的前6阶特征频率在核定工况范围内随着载荷增加呈减速下降的趋势,满载情况下在61.95~109.75 Hz之间变化平稳。研究为实现重载AGV的低能耗、轻量化及低成本制造提供一定的参考。

主 题 词：重载自动引导车 双向渐进结构法 拓扑优化 碳纤维复合材料 

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械学] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.15961/j.jsuese.202200572

馆 藏 号：203124334...