随着经济的高速发展,人们对能源的需求不断增加,导致了能源危机的日益加重。汽车产业作为国民经济的支柱产业,其高耗能、高污染所带来的问题受到人们的关注。为了解决日益紧张的能源问题,汽车轻量化成为了现代汽车研究的重点。随着中国城市建设的脚步加快,载重自卸车的销量不断提高。由于载重自卸车自身重量大、耗油量高,在油价不断上涨的今天,无疑增加了它的使用成本。为了降低成本,提高自卸车的工作效率,人们希望能够对载重自卸车进行轻量化。然而由于我国对汽车轻量化的研究起步较晚,载重自卸车的质量比国外同类汽车的质量普遍偏高。因此,载重自卸车轻量化还存在很多有待于深入研究的问题。载重自卸车作为一种专用车,其工作环境恶劣,经常行驶于凹凸不平的路面上。行驶在路面上的车辆存在着由于地面不平整和车辆自身因素引起的振动,这对载重自卸车的车厢振动分析提出了较高要求。为了避免共振现象的产生,需要在满足固有频率约束的条件下研究车厢的轻量化。有限元离散后的车厢无阻尼自由振动微分方程为Mx+Kx=0(1)上述方程的解可设为x=Xsin(pt+φ)(2)其中x为振幅列阵,p为圆频率,φ为初相位。将式(2)代入到式(1)中有[K-p2M]X=0(3)上述方程存在非零解的条件是|K-p2M|=0(4)称为多自由度振动系统的特征方程。方程的解p2有n个正实根pi2,pi称为系统的固有频率。将这n个固有频率p,分别代入到(3)式中,可得到[K-pi2M]Xi=0, i=1,…,n此方程为主振型方程,其中,X,称为系统的主振型。将X,代入到(2)式中,得到xi=Xisin(pit+φ),i=1,…,n其中,Xi为第i阶主振型。设计变量、目标函数和约束条件是优化设计的三要素。在优化的过程中,通过改变设计变量,使设计在满足约束条件的前提下,找到目标函数的最优设计性能。优化设计的数学模型可简单的表示成最小化：f(X)=f(x1,x2,…,xn)约束条件：gi(X)≤0j=1,...,mhk(X)=0k=1,…,mh xiL≤xi≤xiU i=1,…,n其中,X=x1,x2,…,xn为设计变量；f(X)为目标函数；g(X)为不等式约束条件；h(X)为等式约束函数；xL和xU分别表示设计变量的上限和下限。本文运用OptiStruct软件中的形貌优化、形状优化和尺寸优化对车厢结构进行优化分析。首先,通过形貌优化确定肋的位置；然后,通过形状优化和尺寸优化确定肋的宽度、高度和厚度。OptiStruct结构优化的流程是：(1)建立有限元模型,并在HyperMesh中设置边界条件。(2)在HyperMesh中定义优化问题：1.定义优化设计变量和优化设计的范围。2.定义结构的响应,其中包括目标函数的响应和约束条件的响应。3.定义目标函数和约束条件。(3)运行OptiStruct.本文根据原有图纸,用Pro/E建立自卸车车厢的几何模型,并以IGES文件输出,再将IGES文件导入到HyperMesh中划分网格,赋予材料属性,并创建载荷和载荷步,运用Radioss对车厢进行模态分析,并由HyperView输出结果。用OptiStruct对车厢的结构进行形貌优化、形状优化和尺寸优化。具体步骤如下：1.删除车厢板上的肋,并以第7阶固有频率最大化作为目标函数对车厢进行形貌优化，通过形貌优化重新确定肋的位置，用HyperView输出形貌优化的结果。2.根据形貌优化的结果，在HyperMesh中建立新肋的有限元模型，新肋的宽度参照形貌优化的结果，高度和厚度则参照原有车厢肋的高度和厚度。3.以车厢固有频率大于原车厢固有频率为约束条件，以车厢质量最小化为目标函数，对新的车厢有限元模型进行形状优化和尺寸优化，主要是优化肋的高度、宽度和厚度，并由HyperView输出优化结果。优化结果显示，车厢在满足固有频率的情况下达到了减重的目的。