Application of structural optimization techniques to the design of specialized truck chassis components
Date
2021-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: This thesis focuses on the application of structural optimization techniques to
improve the design of specialized truck chassis components with respect to coste ectiveness, structural performance, and ease of manufacturing. Information
regarding optimization and various supporting subjects were gathered from
the literature to achieve the project outcome. A component within the chassis,
known as the boom, was selected as the rst design to receive optimization.
Multiple optimization techniques were applied to the boom structure using
GENESIS and Design Studio. These optimization techniques included size-
, shape-, and topometry optimization. Marginal improvements were found,
indicating that the current boom design is at a near-optimal design con guration. This merited a complete redesign of the boom component. Topology
optimization was used to guide the redesign procedure of the boom. After
doing extensive topology optimization work on the boom, a structure was created that is fundamentally di erent from the existing boom design. Using
the topology optimization results, a step-by-step concept design methodology
was developed, which can be used to guide future component redesign procedures. After the methodology development, a second component was identi ed
to be optimized, known as the cross-member. The developed concept design
methodology were used to nd a new design for the cross-member, which then
also served as a test opportunity for the newly developed methodology. Following the prescribed methodology steps, a satisfactory design was found for the
cross-member, which proved to be a highly competitive design compared to the
original design. Following this result, a detailed conclusion is given regarding
the completion of the project objectives, aim, and future recommendations.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie tesis fokus op die toepassing van struktuur optimering om gespesialiseerde vragmotor onderstel komponente te verbeter ten opsigte van kostee ektiwiteit, strukturele vermoeë en vervaardiging. Inligting oor optimering en verskeie ander onderwerpe is uit die literatuur versamel soos benodig. 'n Onderdeel in die vragmotor onderstel, bekend as die boom , is gekies as die eerste ontwerp om te optimeer. Verskeie optimeringstegnieke is op hierdie komponent toegepas met behulp van GENESIS en Design Studio. Hierdie optimeringstegnieke sluit grootte-, vorm- en topometrie-optimering in. Klein verbeterings is gevind, wat daarop dui dat die huidige komponent naby optimaal is. Die resultate ondersteun die herontwerping van die boom om 'n verbeterde ontwerp te vind. Topologie-optimering is gebruik vir die herontwerp proses. Nadat die nodige topologie-optimeringswerk op die komponent gedoen is, is 'n ontwerp gevind wat fundamenteel verskil van die bestaande komponent. 'n Stapsgewyse konsepontwerp metodologie is ontwikkel vanaf die topologie resultate, wat as riglyn gebruik kan word om toekomstige herontwerpe te lei. Na die metodologie-ontwikkeling is 'n tweede komponent, bekend as die cross-member geïdenti seer vir optimering. Daar was besluit om slegs die metodologie te gebruik vir die ontwikkeling van 'n nuwe cross-member ontwerp, wat terselfdetyd dien as 'n toetsgeleentheid vir die metodologie. Na die uitvoering van die konsepontwerp metodologie is 'n bevredigende ontwerp gevind, wat hoogs mededingend teenoor die oorspronklike ontwerp is. Na hierdie resultaat is 'n gevolgtrekking gemaak oor die voltooiing van die projekdoelstellings, mikpunt en toekomstige aanbevelings.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Hierdie tesis fokus op die toepassing van struktuur optimering om gespesialiseerde vragmotor onderstel komponente te verbeter ten opsigte van kostee ektiwiteit, strukturele vermoeë en vervaardiging. Inligting oor optimering en verskeie ander onderwerpe is uit die literatuur versamel soos benodig. 'n Onderdeel in die vragmotor onderstel, bekend as die boom , is gekies as die eerste ontwerp om te optimeer. Verskeie optimeringstegnieke is op hierdie komponent toegepas met behulp van GENESIS en Design Studio. Hierdie optimeringstegnieke sluit grootte-, vorm- en topometrie-optimering in. Klein verbeterings is gevind, wat daarop dui dat die huidige komponent naby optimaal is. Die resultate ondersteun die herontwerping van die boom om 'n verbeterde ontwerp te vind. Topologie-optimering is gebruik vir die herontwerp proses. Nadat die nodige topologie-optimeringswerk op die komponent gedoen is, is 'n ontwerp gevind wat fundamenteel verskil van die bestaande komponent. 'n Stapsgewyse konsepontwerp metodologie is ontwikkel vanaf die topologie resultate, wat as riglyn gebruik kan word om toekomstige herontwerpe te lei. Na die metodologie-ontwikkeling is 'n tweede komponent, bekend as die cross-member geïdenti seer vir optimering. Daar was besluit om slegs die metodologie te gebruik vir die ontwikkeling van 'n nuwe cross-member ontwerp, wat terselfdetyd dien as 'n toetsgeleentheid vir die metodologie. Na die uitvoering van die konsepontwerp metodologie is 'n bevredigende ontwerp gevind, wat hoogs mededingend teenoor die oorspronklike ontwerp is. Na hierdie resultaat is 'n gevolgtrekking gemaak oor die voltooiing van die projekdoelstellings, mikpunt en toekomstige aanbevelings.
Description
Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2021.
Keywords
Structural optimization, Topology optimization, GENESIS, Finite Element methods (FEM), UCTD, Chassis-mounted coaches