某汽车动力总成悬置支架的轻量化设计

针对节能减排、降低能耗的需求驱动下汽车轻量化发展问题,对动力总成悬置系统进行相关的轻量化研究。以某6吨载货运输车动力总成悬置支架为研究对象,提出了一种合理可靠的轻量化设计研究方法。首先,为了实现动力总成悬置系统的轻量化,通过CREO软件建立各零件的三维模型,将三维模型导入CAE分析软件HyperWorks,应用HyperWorks软件建立悬置支架的数值仿真模型,对多工况下悬置支架的静载强度进行仿真分析,通过给定的各工况分析得出其应力图,为“强点削弱、弱点补强”设计提供依据,确定拓扑优化区域。然后,将设计工况加载到拓扑优化中,利用HyperWorks软件的Optimization进行设定,将体积最小化定义为目标函数,设置优化目标,分别对前悬置托架和后悬置支架进行拓扑优化。根据体积最小化理论,优化悬置支架的结构厚度,并提出渐变支撑加强板设计与替换材料的新方案。最后,通过CAE分析优化模型在6种设计工况下加载的最大主应力、位移和静强度,验证轻量化设计方案的合理性,并通过台架试验验证轻量化结果,确认前悬置托架、后悬置支架等零部件静强度安全系数达标与否。研究结果表明：轻量化方案具有良好的制造工艺...     

空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计

针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm,均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。     

基于有限元与正/逆向技术的产品结构轻量化设计

首先对目前产品轻量化设计的现状进行了分析,而后以某机械臂结构为研究对象,应用有限元分析软件进行了静力学求解,并基于其静力学结果对研究对象的结构进行了拓扑优化分析。为高效的利用拓扑优化计算结果,将计算结果输出并运用正/逆向技术进行了模型重构,对重构后的模型进行了相同加载条件下的静力学校核,以验证结构设计的合理性。通过研究验证了拓扑优化与逆向工程技术相结合的方法在产品轻量化设计过程中的可行性。     

单片冲压式汽车下控制臂轻量化优化设计

以某国产车型的焊接型下控制臂为结构轻量化设计对象,综合运用多种优化方法,设计出一款全新的单片冲压型下控制臂.该单片冲压型下控制臂在满足原焊接型下控制臂所需的各项性能的基础上,较原控制臂质量减轻33.3%,轻量化效果显著.     

基于有限元的A型地铁拖车轻量化研究

分析了地铁车辆的轻量化需求,简化结构几何模型,并通过有限元软件建立车辆模型,在保证车辆变形位移及最大应力约束的条件下,根据应用于列车实际运行过程中的载荷及工况,并提出轻量化优化新思路和方案,根据不同的参数变量使结构得到优化并获得最低的结构质量,提出最终车身轻量化方案选择方面的分析。     

精密仪器承载板的多尺度轻量化设计

针对过载下航空零件精密仪器承载板的结构轻量化和力学性能提升的需求，融合拓扑优化和点阵优化的优点，以结构最小柔顺度为约束、质量最小化为目标，提出了一种拓扑优化与点阵优化相结合的多尺度轻量化设计方法，并对关键参数格栅结构、格栅填充比和体积约束设计了三因素三水平正交实验，在保证安全性能的前提下使优化件达到质量最轻。结果表明，多尺度轻量化后的仪器承载板的质量减轻了85.2%,过载下的变形降低了29.07%,结构的动力学性能得到提升。在拓扑优化基础上再采用格栅结构填充的多尺度优化设计方法可降低优化件的质量，为航空领域中承载板类零件的轻量化设计提供了参考。     

踏板杠杆锻造工艺及模具设计

本设计的零件为踏板杠杆锻造,经过对零件进行工艺性分析,完成踏板杠杆锻造设计与制造,经分析该锻件需要五道基本工序,即:自由锻上拔长,模锻上锤锻(滚挤、弯曲、终锻),切边模上切边,校正模校正,精压模精压。通过对可行性方案进行比较,最后确定该零件的最佳工艺方案。分析了模锻技术应用现状、国外新技术、模锻成形关键点及其制造工艺方案,介绍了制坯工艺、成形模具设计以及模锻工艺要点。同时也说明采用多工序组合方法制定工艺,依据金属塑性流动规律设计模具,在确保锻件成形精度和内在质量的前提下探索连接环锻件模锻成形技术。     

原油储罐的热油循环工艺方案优化研究

分析了原油储罐热油循环加热方式的工艺特点,以能耗费用最小为目标建立了热油循环方案的优化数学模型。该模型属于非线性混合变量优化设计问题。根据模型的结构特点,采用分层优化策略进行求解。对大庆油田南三油库的热油循环工艺方案进行了优化。与优化前相比,系统耗电量降低16.4%,耗气量降低31.7%,总能耗费用节约28.9%。对储油罐在不同运行状态下的加热方案进行了优化,结果表明在热油循环加热方式下,储油罐在高液位,低温条件下运行更经济。     

基于拓扑优化的电动汽车白车身优化设计

针对电动汽车的独特承载要求,提出一种结合拓扑优化和车身尺寸优化的优化设计方法.以某型电动汽车为实例,通过建立白车身拓扑优化模型、有限元概念模型、尺寸优化模型和样车制造,进行了从整车拓扑结构到车身梁截面的优化设计过程,实现了电动汽车白车身的正向设计.在优化过程中采用遗传算法,以弯曲刚度和扭转刚度同时作为优化目标,白车身质量最小作为优化约束,选取了灵敏度较高的梁作为变量进行多目标优化.通过与样车参数的比较表明,该方法能够满足设计和工艺要求,实现轻量化设计,对提高白车身设计效率和精度有着重要的意义.     

折叠电动车主折叠机架的轻量化设计

以折叠电动车主折叠机架为对象,利用有限元对其进行轻量化设计.运用Solid Works建立主折叠机架的简化三维模型,导入到ANSYS Workbench中进行静力学分析,并利用拓扑优化和尺寸优化的方法对主折叠机架连杆进行轻量化设计.结果表明:原始折叠电动车主折叠机架在3种工况下有可优化的空间,进行拓扑优化后主折叠机架由10.97 kg变为10.48 kg,减轻了4.47%;对拓扑优化后的结构进行力学分析,发现主折叠机架还有进一步优化的空间.在拓扑优化的基础上,通过尺寸优化的方法对主折叠机架的槽型折弯件的截面尺寸进行轻量化设计,其质量变为8.72 kg,两次优化主折叠机架共减轻了20.51%,轻量化效果明显.     

船舶牵引机械的结构优化设计

以初步设计方案为基础,利用ANSYS Workbench集成建模功能,实现了PRO/E船舶牵引机械实体模型与ANSYS Workbench的双向关联性,建立了船舶牵引机械有限元模型,并对主要结构参数进行优化,给出参数对结构刚度的敏感度。通过优化方案使整机质量减少24.1%,从而为船舶牵引机械的小型化、轻量化提供了依据。     

组合体无人机单体机翼构型设计与拓扑优化

轻量化是飞行器设计及优化的关键指标,直接影响飞行器的作战效能。该文针对大展弦比组合式无人机中的单体无人机承力结构设计及轻量化设计需求,建立组合体无人机单体机翼框架模型,提出了在气动循环载荷作用和疲劳寿命的约束下,对机翼主要传力构件进行拓扑优化的整体设计优化方法：首先,通过有限元方法分析机翼全工况下气动载荷;其次,在极限载荷循环作用下分析机翼全域的疲劳寿命特性;最后,通过拓扑优化技术对单体机翼承力框架进行体积优化设计,优化后机翼框架减重35%,有效实现了机翼框架的轻量化设计目标。     

纯电动汽车驱动桥的轻量化设计

为解决电驱动桥非同轴问题,减少环境污染,进行了电驱动桥的轻量化设计。提出一种新型纯电动汽车同轴一体化电驱动桥结构,在4种极限工况下进行了桥壳强度、刚度有限元仿真分析。根据有限元分析结果,以桥壳厚度为优化变量、以桥壳质量为目标函数建立电驱动桥桥壳轻量化优化模型。以目标驱动方法对轻量化模型进行求解,对比分析桥壳厚度与驱动桥桥壳最大位移变形、最大应力及质量之间的响应曲面关系。对轻量化设计后的电驱动桥在4种极限工况下进行仿真分析,将分析结果与轻量化设计前进行对比,结果显示轻量化后驱动桥减重8.4%,轻量化效果明显且能够满足驱动后桥使用要求。     

基于多目标优化的某驱动桥壳轻量化设计

为降低某重型自卸车驱动桥壳的质量,对其进行有限元静力学分析,通过解析桥壳结构确定了12个设计参数。利用拉丁超立方抽样法选取60个样本点,根据样本模型有限元分析结果对相关设计参数进行相对灵敏度分析,并构建了桥壳质量、变形、应力、固有频率的Kriging代理模型。以桥壳总成质量和整体最大应力最小化为目标,采用NSGA-II多目标优化算法对所建代理模型进行求解,得到驱动桥壳轻量化设计的最优方案。优化后驱动桥壳质量降低了12.1%,并且桥壳变形、应力和固有频率等性能指标均符合设计要求,验证了所提出的驱动桥壳轻量化设计方法的有效性。     

基于TRB结构的整车耐撞性可靠性优化

为提高汽车的结构耐撞性和轻量化水平,文章将连续变截面板(tailor rolled blank, TRB)应用于某轿车的前端关键吸能件,并对其进行可靠性优化设计(reliability optimization design, ROD)。基于试验验证的整车碰撞有限元分析模型建立关键吸能结构的TRB有限元模型;结合试验设计、克里格(Kriging, KRG)代理模型和多目标粒子群(multi-objective particle swarm optimization, MPSO)算法,以减轻结构质量和增大吸能为优化目标,对TRB的结构参数进行确定性优化和可靠性优化。结果表明:优化后的TRB前端结构与原设计相比,整车耐撞性及轻量化程度得到显著提升,同时也保障了设计的可靠性。     

无托槽隐形正畸矫治器牙模轻量化

为了降低无托槽隐形正畸矫治器的制造成本,基于增材制造设计(DfAM)准则对光固化3D打印的树脂牙颌模型进行轻量化研究。运用宏观拓扑优化和介观点阵填充,建立7种优化的牙模,通过ANSYS有限元仿真选取3种最佳的牙模进行3D偏差实验研究,对其在压膜环境下的物理和力学性能进行评估。结果表明,在保证隐形矫治器的制造精度前提下,二维蜂窝点阵填充的牙模相比初始牙模质量降比达到21.67%,是最佳的轻量化设计方案。     

翼开式厢体骨架结构分析与优化

为对翼开式厢体骨架进行结构优化分析,建立了原结构的有限元模型,对翼开式车门90°展开极限工况下进行了静力分析。原结构个别区域应力过大,整体应力较低。因此,提出三种方案对厢体骨架结构进行优化。经优化,翼开式厢体骨架质量略有增加,强度与刚度满足设计要求。     

悬架控制臂多目标拓扑优化

为了对悬架控制臂进行轻量化,并保证轻量化的悬架控制臂仍能满足动静态性能要求,采用了多目标拓扑优化的方法。首先以控制臂为柔性体在Adams/Car中建立悬架刚柔耦合模型并对该模型进行多体动力学分析,从而得到悬架控制臂在制动、转向及过凸包等极限工况时的边界条件;然后采用惯性释放的方法对悬架控制臂进行有限元静力分析及模态分析,并根据结果分析其动静态性能;再运用折衷规划法对该悬架控制臂进行多目标拓扑优化,并通过正交试验的方法确定目标函数的权重。最终得到的新控制臂模型重量比原模型降低18.1%,总体刚度及低阶频率都有提高,各极限工况应力均小于许用应力。结果表明,轻量化的悬架控制臂满足性能要求,验证了设计的合理性。     

短芯棒拔制有限元分析

借助ANSYS软件显式动力模块建立了钢管与内外模具的三维有限元模型，动态模拟了短芯棒拔制的整个过程，研究了模锥角、摩擦系数、壁厚等工艺参数对拔制力的影响，并根据得到的应力分布规律分析了生产中拔断等实际问题的机理．与空拔相比较，在短芯棒拔制过程中，纵裂现象一般不会发生，由于钢管轴向应力在横截面上分布均匀，一般也不会出现以局部破坏形式出现的横裂现象．本文所建立的拔制力分析模型经与实验结果比较，达到了较好的吻合，可为优化模具结构和进行短芯棒拔制工艺设计提供了依据．     

塑料后尾门的拓扑优化及其轻量化研究

针对某款集成塑料SUV汽车后尾门部件,建立不同工况下约束和设计目标的一体化模型,以最小质量为优化目标和不同区域厚度为优化变量进行轻量化拓扑优化分析。并对轻量化后的集成塑料后尾门进行刚度和强度的力学性能验证。结果表明：拓扑优化经过8次迭代后,其质量可从1.077×10^-2MIN降为8.830×10^-3MIN,实现减重20%的轻量化目标。试验结果发现轻量化后的样品刚度和强度等力学性能指标,能满足塑料后尾门力学性能要求。拓扑优化分析为集成塑料后尾门的轻量化设计提供了有效参考。