Методика нахождения оптимальной топологии каркаса кузова амфибийных машин на основе взвешенного метода TOPSIS
Авторы: Ван Ичжоу, Зузов В.Н.
Опубликовано в выпуске: #12(144)/2023
DOI: 10.18698/2308-6033-2023-12-2323
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Наземные транспортно-технологические средства и комплексы
С целью уменьшения влияния ограничений топологической оптимизации в универсальных программах (ANSYS, Hypermesh), упрощения процесса оптимизации кузова и снижения сложности соединений каркасных элементов предложена методика нахождения топологии каркаса кузова скоростных амфибийных машин на основе взвешенного метода TOPSIS, используемая для снижения массы каркаса при обеспечении прочности и жесткости кузова. Изложение, апробация и оценка эффективности предлагаемой методики приведены путем сравнения с оптимизацией на базе универсальной программы (Hypermesh) на примере оптимизации кузова амфибийной машины Humdinga. Представленная методика предполагает сначала добавление одномерных конечных элементов каркаса в «слабых» местах конечно-элементной модели панелей кузова по рациональной топологии каркаса (не оптимальной), а затем параллельно выполняется параметрическая оптимизация (перераспределение массы каркасных элементов) и топологическая оптимизация (удаление слабо влияющих элементов). Согласно результатам анализа, предлагаемая методика позволяет добиться существенного снижения массы каркаса при обеспечении прочности и жесткости кузова. Полученный в результате каркас днища кузова имеет массу на 44,7 % меньшую, чем у исходной конструкции. С помощью предлагаемой методики можно также проводить топологическую оптимизацию каркасных элементов с учетом панелей и упростить технологию соединений, чтобы добиться лучших результатов. По сравнению с результатами топологической оптимизации в универсальной программе (Hypermesh) количество точек соединений уменьшено на 42 %, прочность общего днища кузова увеличена на 4,3 %, а прочность средней и задней частей днища — на 6,9 % и более. Следует отметить, что использование представленной методики в меньшей степени зависит от субъективных факторов исследователя при сопоставлении с топологической оптимизацией в универсальных программах, так как не требуется проводить интерпретацию.
Литература
[1] Степанов А.П. Проектирование амфибийных машин. Москва, Мегалион, 2007, 420 с.
[2] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Топологическая оптимизация конструкции бампера автомобиля при ударном воздействии с позиций пассивной безопасности. Известия МГТУ МАМИ, 2018, т. 12, № 2, с. 2–9. https://doi.org/10.17816/2074-0530-66811
[3] Козлов М.Ю., Аркатов В.Ю., Гроль М.С. Совершенствование подхода к проектированию внутреннего корпуса камеры сгорания с целью снижения массы с сохранением прочностной надежности на основе топологической оптимизации. Вестник УГАТУ, 2019, т. 23, № 2 (84), с. 98–105.
[4] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Особенности поиска оптимальных параметров усилителей задней части кабины грузового автомобиля на базе параметрической и топологической оптимизации с целью обеспечения требований по пассивной безопасности по международным правилам и получения ее минимальной массы. Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2019, № 2, с. 163–170. DOI: 10.46960/1816-210X_2019_2_163
[5] Wang D. Streamline stiffener path optimization (SSPO) for embedded stiffener layout design of non-uniform curved grid-stiffened composite (NCGC) structures. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2019, vol. 344, pp. 1021–1050. DOI: 10.1016/j.cma.2018.09.013
[6] Ciampaglia A. Design and analysis of automotive lightweight materials suspension based on finite element analysis. In: Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2021, vol. 235 (9), pp. 1501–1511. DOI: 10.1177/0954406220947457
[7] Еникеев Р.Д., Месропян А.В., Платонов Е.А., Рахматуллин Р.Р. К вопросу о создании перспективных технических средств преодоления водных преград. Вестник УГАТУ, 2019, т. 23, № 4 (86), с. 74–83.
[8] Sheppard D. Amphibious Innovation: Engineering the Aquada. E.nz Magazine: The Magazine of Technical Enterprise, 2005, vol. 6 (4), pp. 23–25. DOI: 10.3316/informit.007323739318493
[9] Lee J.M., Min B.J., Park J.H., Kim D.H., Kim B.M., Ko D.C. Design of lightweight CFRP automotive part as an alternative for steel part by thickness and lay-up optimization. Materials, 2019, vol. 14 (12), p. 2309. DOI: 10.3390/ma12142309
[10] Divinycell H — excellent mechanical properties to low weight. URL: https://www.diabgroup.com/products-services/divinycell-pvc/divinycell-h/ (дата обращения: 05.10.2023).
[11] Гончаров Р.Б., Зузов В.Н., Чайко Д.Н. Моделирование поведения тонкостенных труб с разными наполнителями при предельном нагружении применительно к решению проблем пассивной безопасности автомобилей. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 3. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-3-1856
[12] Лю И., Зузов В.Н. Исследование влияния размеров конечных элементов на точность моделирования клеевого соединения в конструкциях. Известия МГТУ «МАМИ», 2021, т. 15, № 3, с. 31–41. DOI: 10.31992/2074-0530-2021-49-3-31-41
[13] Зузов В.Н. Разработка методов создания несущих систем колесных машин с оптимальными параметрами: дис. ... д-ра техн. наук. Москва, 2002, 347 с.
[14] Афанасьев Б.А., Белоусов Б.Н., Жеглов Л.Ф. Проектирование полноприводных колесных машин: в 3 т. А.А. Полунгян, ред. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008, 432 с.
[15] Qian X., Zhou Y., Wang M., Cai L., Pei F. Structural design of composite stiffened panel for a flat wing micro-aircraft. SN Applied Sciences, 2020, vol. 2, pp. 1–12. DOI: 10.1007/s42452-020-2559-9
[16] Bhole G.P., Deshmukh T. Multi-criteria decision making (MCDM) methods and its applications. International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology, 2018, vol. 6, pp. 899–915. DOI: 10.22214/ijraset.2018.5145
[17] Polavarapu S., Thompson L.L., Grujicic M. Topology and free size optimization with manufacturing constraints for light weight die cast automotive backrest frame. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2009, vol. 13, pp. 641–655. DOI: 10.1115/IMECE2009-10823