【摘 要】本文介绍了利用有限元技术对某柴油发电机组配套底盘进行轻量化的设计方法。利用ANSYS对底盘进行结构分析，得出最大和最小应力及位移部位，在满足底盘可靠性的基础上尽可能的减小应力和位移最小处部件的重量，并调整轻量化方案，综合考虑各因素找到平衡，完成轻量化设计。
【关键词】有限元分析；发电机组；底盘；轻量化
0 引言
现代电源设备正向小型化、轻量化的方向发展，特别是汽车电源、拖车电源及车载电源，其重量指标往往会影响到整个系统的性能指标，如系统的机动性能、越野性能等。由于电源设备选用的柴油发动机和发电机多数为商品件，因此柴油发电机组的轻量化重点在可自行设计并加工的机组底盘上。
本文利用ANSYS Workbench对底盘进行轻量化设计，首先确保底盘能够满足承载要求，有足够的强度和刚度，来支撑发动机、发电机、散热器及其他辅件，即能够承载着机组设备稳定工作；其次确保底盘能够满足承载机组设备进行吊装及搬运，即能够安全可靠地进行装运。最后在满足前两点的基础上在适当部位开孔或切除材料以减少重量，达到轻量化的要求。
1 技术资料
柴油发电机组总重量为2215kg，机组外形如图1。其中主要部件发动机重量为1130kg，发电机重量为740kg，水箱散热器重量为170kg，配该型号机组的常用底盘自重为81.3kg。
底盘由六个螺栓安装在地面上，四个角设置有吊装板，能够进行吊装和搬运。
2 底盘模型及边界条件
2.1 底盘模型及网格划分
将“常用底盘”CAD三维模型导入ANSYS平台，根据底盘材料设置材料属性为结构钢，选择solid45和solid95作为单元类型，对模型进行网格化分，划分完毕共计6138个单元，22954个节点，如图2所示。
2.2 工况确定及简化
工况二为底盘吊装强度分析，即机组在吊装过程中的受力分析。该工况下底盘在突然起吊的瞬态过程时受力最大，动载荷系数K根据《GB3811-83 起重机设计规范》中可估算为4，固定约束面可简化为底盘上的四个吊装板。
2.3 约束及载荷施加
通过上述工况分析及简化，可知两种工况载荷相同，只是载荷大小（因动载系数不同）和固定约束不同。施加约束和载荷如图3和表1。
3 仿真计算与结果
3.1 工况一分析结果
该工况下对底盘与地面接触位置的节点进行完全约束，底盘整体所受应力和变形量分布云图见图4和图5，底盘的最大应力为43.9MPa，最大位移变形量为0.1mm。
3.2 工况二分析结果
该工况下对底盘四个吊装点的环面进行完全约束，底盘整体所受应力和变形量分布云图见图6和图7，底盘的最大应力为61.1MPa，最大位移变形量为0.14mm。
3.3 轻量化部位确认
通过两种工况的应力和变形量分布云图，可知：
1）“常用底盘”的最大应力远小于材料的允许应力（162.4MPa），变形量很小，底盘安全可靠，有很大的安全裕度；
2）底盘应力最大处为发动机和发电机的支撑横梁，其次是吊装板及纵梁，最后是水箱支架、减重器安装板及其它加强筋；
3）底盘位移变形量最大处为发动机和发电机的支撑横梁，其次是纵梁和水箱支架，最后是加强筋、减重器安装板及吊装板。
因此，初步确定可轻量化的部位为：加强筋、纵梁、水箱支架及减重器安装板。
4 结构优化
4.1 底盘轻量化设计
4.2 仿真闭环
5 结论
5.1 根据上述的方法将“常用底盘”轻量化后，不仅满足底盘的刚强度需求，而且重量由81.3kg减至74.2kg，降了8.7%，且在实际产品中应用正常。因此，该方法能够有效进行轻量化设计。
5.2 本文中的底盘轻量化实际设计时，不断调整开孔位置及大小，结合ANSYS的参数闭环分析功能，快速进行改动后的分析，最终确定模型方案。因此，利用该方法进行方案设计能够缩短时间，提高设计质量。
【参考文献】
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[3]刘夏石.工程结构优化设计原理、方法和应用[M].北京：科学出版社，1984.
[责任编辑：王迎迎]