随着重型卡车向标载型、轻量型、高速型发展，对车桥部件提出了更高的要求。车桥部件中占重比最大的桥壳，其截面的优化设计是汽车轻量化和力学性能提升的关键因素之一。针对桥壳截面的优化设计，以往研究只局限于形状优化或尺寸优化，为进一步提高截面优化效果，本文提出了一种截面形状-尺寸耦合模型研究管梁截面优化设计方法，并应用于重卡从动桥壳的轻量化设计中。
本文以重卡从动桥壳为研究对象，在保证性能要求下实现桥壳轻量化。首先基于双超椭圆方程建立截面形状-尺寸耦合模型。针对任意截面形状的应力计算尚且缺少统一力学模型的问题，采用离散数学建立截面力学模型，通过有限元分析检验所建力学模型的准确性，结果表明：截面力学模型与有限元分析所得应力云图基本一致，同时求解速度远高于有限元软件，利于截面的快速优化。
随后，基于截面形状-尺寸耦合模型建立截面优化模型及算法。针对模型因变量数过多导致截面优化效果不理想的问题，通过研究截面最优形状-尺寸的分布规律建立单截面优化降维算法。针对多截面因过渡不均匀导致应力集中的问题，通过细化梁截面个数和关联截面间约束条件建立多截面连续优化算法，并采用悬臂管梁模型进行多截面连续优化测试，结果表明：优化后的管梁截面沿轴向的形状与尺寸具有连续均匀变化的特点，可应用于桥壳的轻量化设计中。
最后，基于截面优化模型及算法对重卡从动桥壳进行轻量化设计，结果表明：采用截面形状-尺寸耦合模型设计的桥壳结构，其截面材料分布在最合理的高应力区域，截面的厚度延轴向和周向都具有变厚度和过渡圆滑的特征，桥壳质量降低最高达8.04%。针对理论力学模型无法预测桥壳截面应力集中系数的问题，同时为了进一步提高桥壳轻量化效果，采用Abaqus二次开发方法对桥壳进行快速轻量化设计。通过构建最优截面数据库和桥壳二次开发模型，建立桥壳快速设计方法，并制定不同设计准则对桥壳进行轻量化设计，实现重卡从动桥壳在保证性能要求下实现质量降低10%的轻量化目标。
以上研究为重卡车桥桥壳的结构设计提供了参考，为桥壳这类管梁结构的形状-尺寸耦合优化设计提供了理论模型及算法，同时具有较强的实际工程价值。
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