[发明专利]双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构及其设计方法

说明书

本发明公开了一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构及其设计方法，桥壳横截面形状为任意曲边截面；所述桥壳横截面的尺寸和形状由统一的一组控制方程进行控制，方程共8个约束参数，形状参数和尺寸参数各占4个。沿着桥壳长度方向，所述桥壳横截面形状具体为中部横截面设计成任意曲边形，两端与轮毂轴承配合段设计成外圆内椭圆环形；横截面形状沿桥轴变化具体表现为外圆内椭圆环形过渡到任意曲边形。相对于现有设计方法，本发明桥壳截面形状为任意式，设计灵活，可设计出多种目前未成出现的桥壳新型截面；相对于现有的圆形桥壳具有更高的抗弯曲特性；相对于现有的矩形桥壳不会在截面上出现应力集中现象。

技术领域

本发明属于汽车车桥轻量化领域，尤其涉及一种具有双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构及其设计方法。

背景技术

从动桥桥壳主要起支撑汽车部分簧上质量的作用，承受车架或承载式车身与车轮之间传递传递铅锤力、纵向力、横向力和制动力矩。

这种承受复杂外力的从动桥结构可视为一般梁结构，而将其设计成等强度梁结构，则可以大大减少其重量，实现轻量化，因为在达到相同力学性能的条件下，等强度梁具备结构轻，占用空间小，结构利用率高等显著特点。

而目前对于等强度梁结构的设计，主要是针对其几何尺寸进行，对于其截面形状的研究少之又少，且大多数研究和设计针对的是一些圆形管状梁和矩形管状梁，就拿从动桥的桥壳来说，目前大型货车采用的桥壳大多都为矩形桥壳，主要原因是矩形截面在垂向上具有较高的抗弯截面系数，但是，矩形桥壳不仅要承受垂向力，同时在行驶的过程中还要承受制动鼓传来的向后制动力，这就造成了桥壳横截面在矩形角处出现应力集中，导致整个结构件的力学性能变坏。因此，需要设计出新的截面形状，既要求有高的抗弯截面系数，又不能在截面上出现应力集中现象。

除了桥壳截面形状，对于桥壳截面尺寸，因为目前采用的是等截面桥壳，对于截面尺寸的优化设计主要停留在少数几个截面上，既优化设计面少；而对于同一截面的尺寸优化，因为局限于有限元软件在优化设计上的使用条件，目前大部分优化参数主要桥壳的厚度，具体表现为固定桥壳内截面的尺寸参数，优化外截面的尺寸参数，或固定桥壳外截面，优化内截面的尺寸参数，无法对内外截面的尺寸参数同时进行优化，既优化参数少，为局部优化，得出的解也为局部最优解，并非全局最优解。因此，需要采用更好的最优设计方法，结合先进设计理论和工艺条件，实现桥壳尺寸参数的最优化设计。

发明内容

本发明鉴于以上的技术问题，提出了一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构及其设计方法，实现更好的抗弯曲性能和更轻的结构设计方法，且能避免应力集中现象。

本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：

一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构，其特征在于：桥壳横截面形状为任意曲边截面；所述桥壳横截面的尺寸和形状由统一的一组控制方程进行控制，方程共8个约束参数，形状参数和尺寸参数各占4个。

上述技术方案中，桥壳横截面的控制方程为：

其中，各参数如下：外轮廓宽2A，高2B，内轮廓宽2a，高2b，这四个参数控制截面尺寸的大小；N₁,N₂,n₁,n₂为形状调和参数，这四个参数控制截面的形状。

上述技术方案中，每个截面厚度大小沿周向和轴向不同。

上述技术方案中，沿着桥壳长度方向，所述桥壳横截面形状具体为中部横截面设计成任意曲边形，两端与轮毂轴承配合段设计成外圆内椭圆环形；横截面形状沿桥轴变化具体表现为外圆内椭圆环形过渡到任意曲边形。

一种双重变属性任意曲边截面的等强度桥壳结构设计方法，其特征在于包括：

步骤S1：取长度方向一半桥壳作为设计对象，左右对称设计整个桥壳结构；