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随着国内公路运输业的快速发展，专用汽车已经成为汽车工业重要的组成部分，其设计制造水平也极大地影响着汽车工业整体的发展水平。近几年，计算机仿真设计分析技术在汽车设计中的应用也逐渐扩展到专用汽车领域，推动着专用汽车设计水平与效率的提升，专用汽车正在向着低耗能、轻量化和高技术含量、高附加值方向发展。本文以某型号仓栅式半挂车车架为研究对象，使用有限元方法对传统结构车架进行性能分析，基于结构仿生学原理设计出一种新型仿生结构车架，并对其进行优化设计。首先，使用CAD软件对车架进行简化与实体建模，利用CAD软件与ANSYS有限元分析软件接口得到车架有限元模型。然后在不同的工况下对车架进行静力分析，并对车架模型进行自由模态分析，从而得到车架的刚度、强度及结构模态等静态与动态性能参数，对传统结构车架的整体结构与性能有了整体的了解。针对传统结构车架“工”字型纵梁结构，结合结构仿生设计方法与仿生设计理论，以竹子为仿生原型，借鉴竹子典型的生物学结构与特性，设计出一种仿生结构纵梁。为验证仿生结构纵梁的力学性能，对单个纵梁进行弯曲刚度与扭转刚度进行数值计算，并对采用仿生纵梁的车架整体进行有限元分析。将计算分析结果与传统结构车架进行对比分析，验证了仿生结构车架有着更好的性能。最后，本文以车架重要结构的尺寸为设计变量，以车架重量、最大位移值和一阶扭转模态频率等车架性能参数为目标函数进行灵敏度分析，在此基础上对车架进行多目标尺寸优化，最终得到轻量化的仿生结构车架。