(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210659316.6 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 武汉理工大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人 徐峰祥　王得伟　邓香林　杜阔　 牛小强　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 专利代理师 朱宏伟 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 具有变属性等强度的车桥桥壳结构及其设 计方法 (57)摘要 本发明涉及一种具有变属性等强度的车桥 桥壳结构及其设计方法， 桥壳横截面形状为椭圆 形或圆形， 且横截面形状沿桥轴变化； 横截面形 状为外圆形内椭圆形、 内圆形外椭圆形、 内外都 为圆形或内外都为椭圆形； 桥壳每一横截面的厚 度沿轴向和周向变化。 通过最优设计方法使桥壳 各个横截面具有同样强度， 为等强度桥壳； 通过 对桥壳进行变截面变属性等强度的设计以实现 桥壳轻量化目的。 本发明具有更好的抗弯曲性 能， 既不会 出现矩形桥壳在横截面的两个角上出 现应力集中， 又大大改善了圆形桥壳的抗弯曲性 能低于矩形桥壳的缺点， 是一种全新的桥壳结 构。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114936427 A 2022.08.23 CN 114936427 A 1.一种具有变属性等强度的车桥桥壳结构， 其特征在于， 桥壳横截面形状为椭圆形或 圆形， 且横截面形状沿桥轴变化； 横截面形状为外圆形内椭圆形、 内圆形外椭圆形、 内外都 为圆形或内外都为椭圆形； 桥壳每一横截面的厚度沿轴向和周向变化。 2.一种权利要求1所述的具有变属性等强度的车桥桥壳结构的设计方法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1、 桥壳左右对称， 取一半桥壳作为设计对象； S2、 将一半桥壳横切分成若干份， 分别对每一段横截面进行优化设计； S3、 对桥壳进行受力分析， 算出每 个截面的力矩； S4、 将截面的力矩和尺寸参数约束代入椭圆截面优化模型， 通过Matlab编程循环求出 每个截面的最优尺寸 参数； S5、 将最优解 集借助excel 导入inventor三维建模软件， 建立 起整个桥壳模型； S6、 将桥壳模型导入hypermesh进行有限元分析， 将应力结果与理论值比较， 得出出现 应力集中区域的应力集中系 数， 将系数导入椭圆截面优化模型再次求得最优解， 最终设计 出变属性 等强度的桥壳。 3.根据权利要求2所述的具有变属性等强度的车桥桥壳结构的设计方法， 其特征在于， 所述步骤S4中的椭圆截面优化模型为： 设计变量为： X＝[x1， x2， x3， x4]＝[A， B， a， b] 其中， A、 B表示外椭圆的长轴和短轴， a、 b表示内椭圆的长轴和短轴； 目标函数为： S＝ πx1x2‑πx3x4 线性约束为： 设椭圆管厚度至少为 k， 形状尺寸大于n小于m； 截面的惯性矩为： 当 合 力 / 力 矩 方 向 在 主 惯 性 轴 上 时 ，最 大 正 应 力 为 ： 或权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114936427 A 2当合力/力矩方向不在主惯性轴上时， 最大正应力为： 对于切应力， 大小为 其中极惯性矩Ip＝Iy+Iz， 方向 沿外椭圆的切向； 采用第四强度理论进行 校核， 公式为 4.根据权利要求2所述的具有变属性等强度的车桥桥壳结构的设计方法， 其特征在于， 桥壳在沿周向上其 厚度会发生变化， 在应力大的区域更厚， 应力小的区域更薄； 在沿轴向上 其厚度会发生变化， 表现为弯 矩大的截面更厚， 弯 矩小的截面更薄。 5.根据权利要求2所述的具有变属性等强度的车桥桥壳结构的设计方法， 其特征在于， 在对桥壳每一截面进行最优化设计， 当约束条件中的强度要求到达边界条件时， 即实现等 强度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114936427 A 3