基于刚度性能优化的比例灵敏度方法研究

文章针对某款微型纯电动汽车扭转刚度不足的问题,在详细参数设计阶段提出了用比例灵敏度方法为基础对白车身结构件进行尺寸优化。首先利用Hyper Mesh软件建立正确的白车身有限元模型,并对其刚度性能进行分析;基于扭转刚度性能提升的需求,在已有灵敏度方法研究的基础上,提出了比例灵敏度变量优选方法;最后建立优化数学模型,以车身质量最小化为目标、扭转刚度性能要求为约束,通过优化白车身薄板件厚度,得到满足性能要求的车身结构。优化后扭转刚度提升了24.56%,验证了比例灵敏度变量优选方法对结构刚度性能提升的有效性。     

双横臂式独立悬架下摆臂的轻量化设计

针对双横臂式独立悬架下摆臂的结构优化问题,提出一种基于刚度和质量灵敏度分析的参数化优化方法。通过Hyper Mesh建立下摆臂有限元模型,选取4种极限工况对下摆臂进行强度分析和自由模态的仿真分析。选择关于下摆臂刚度及质量的灵敏度相关性较高的零件作为优化设计变量,下摆臂质量最小化为设计目标函数,强度性能为约束条件进行轻量化设计。仿真结果表明,优化后的摆臂模型,其刚度及模态性能得到保证的前提下,悬架下摆臂结构总成质量减轻23.6%。     

水泥混凝土输送泵车结构优化设计

应用有限元法和灵敏度分析法,按照高刚度、轻质量的原则,选取泵车上35个参数作为设计变量,建立了以应力、刚度和一阶频率为性能约束,以质量最小为优化目标函数的优化模型,进行了基于灵敏度比方法的泵车结构动态优化设计,得出切合实际的优化设计方案。其中,用灵敏度比来优选设计变量的方法为优化理论的研究及其他机构的优化设计提供了新思路。     

蜂窝夹芯减振板结构设计的力学参数计算

从力学性能和减振性两方面分析了用瞬间液相扩散复合法得到的蜂窝板的蜂窝结构,确定了面板厚度、芯材厚度、蜂窝格边长、蜂窝格壁厚4个结构参数作为设计变量,以剪切强度、弯曲强度、抗弯刚度、临界屈曲载荷、固有频率、质量6个性能参数为目标函数进行优化,并对优化结果进行了实验研究. 结果表明,优化设计的蜂窝板的力学性能及减振性能优于对比板,实验值与计算值基本相符.     

基于多目标优化的救援机械臂结构参数设计

为了综合优化双臂救援机器人双臂协同工作空间、机械臂负载能力以及机械臂末端运动速度,研究了基于多目标函数综合优化的救援机器人双臂结构参数设计方法. 由于双机械臂的协同工作空间难以进行数学描述,提出了一种基于三重积分的描述方法. 针对所建立的双臂协同工作空间、机械臂末端运动速度以及机械臂负载能力三个目标函数的综合优化问题,通过模糊层次分析法,计算每个目标函数的权重从而进行线性加权以得到综合的多目标优化函数. 基于该综合优化函数,通过粒子群算法进行多目标函数最优值求解,得到一组机械臂结构优化参数,使双臂救援机器人的综合性能达到最优. 实验结果表明所提出的双臂救援机器人性能指标的优化方法是可行的.      

基于Sobol法的整体翼梁损伤容限设计参数灵敏度分析

针对飞机结构设计中设计变量灵敏度的问题,提出了基于Sobol法的全局灵敏度分析策略。以飞机整体翼梁结构损伤容限设计为例,设计变量为翼梁结构截面参数,应用支持向量机理论分别构造以截面参数为输入、应力强度因子和结构重量为响应的代理模型,结合Sobol法计算输入对响应的灵敏度大小,并对计算结果进行分析。分析结果表明:在对整体结构进行损伤容限优化设计时,可以将其设计变量由6个变为4个,灵敏度较小的2个设计变量可以设为一个定值。     

某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计

以某轿车白车身为研究对象,建立有限元模型,对车身进行动、静态灵敏度分析,以车身结构件的板厚为设计变量,进行车身固有频率、车身扭转和弯曲刚度,以及车身质量对板厚的灵敏度分析,找出对车身动、静态特性影响较大的部件,并根据部件的动、静态灵敏度对车身结构进行优化设计;计算车身质量对其固有频率、扭转和弯曲刚度的贡献率,据此确定最优方案.该方法能够为车身结构动态特性的改进、车身的轻量化和车身结构的优化设计提供重要依据.     

FSAE赛车车架灵敏度分析与轻量化设计

以FSAE赛车车架为研究对象,构建了基于扭转刚度及模态频率综合灵敏度分析的车架有限元模型.通过考虑管件壁厚对车架性能影响的相对灵敏程度,从而选择更具针对性的设计变量进行优化设计.以车架质量最小为目标函数,以扭转刚度和模态频率为约束条件,对车架管件壁厚进行优化计算.结果表明,在保证使用性能的前提下,优化后的车架质量比原设计减少了6.01%.     

套索驱动柔性机械臂设计与研究

针对刚性机械臂在狭小环境下运行困难、操作难度较大等问题,提出一种仿生象鼻的柔性机械臂.采用分段常曲率的假设对连续体进行分段处理,搭建连续体动力学模型;代入每段套索长度、弯曲角度等变量数据进行动力学仿真,绘制连续体三维模型;改变弹簧长度、弹簧刚度、套索协调方式,对柔性机械臂的机构进行仿真,确定模型的材料要求;搭建样机进行弯曲缠绕试验.仿真与试验结果表明,以弹簧、套索为核心的柔性机械臂可在较短时间内实现360°弯曲,完成弯曲缠绕动作.     

某桁架式桥梁检测车垂直臂刚架结构的拓扑及尺寸优化

以某桁架式桥梁检测车垂直臂为研究对象,利用ANSYS参数化设计语言建立了该垂直臂的三维实体参数化有限元模型,选择了三种典型工况对垂直臂进行了有限元静力结构分析。采用面面接触单元来模拟垂直臂与连接架滑块之间的滑动副,准确计算了垂直臂与滑块间的受力和变形情况。分析了垂直臂主管臂厚、弦杆臂厚以及拓扑结构参数弦杆分布密度对其强度、刚度的影响,为提高垂直臂构件的力学性能提供了理论依据。基于分析结果,选出了垂直臂的最佳几何构型并应用于实际产品。     

基于混合灵敏度的某自卸车车厢结构优化设计

基于HyperMesh对某款自卸车车厢结构进行有限元建模,选取了水平弯曲工况和扭转工况进行有限元分析,得到了不同工况下的最大应力和变形,验证了模型的有效性;并对进行了自由模态分析,选取前10阶的固有频率和振型。在分析结果的基础上,以弯、扭刚度及一阶弯、扭模态频率为约束;以车厢结构总质量最小为优化目标,对34组设计变量进行直接灵敏度分析和混合灵敏度分析,得到了4组对结构性能敏感变量及16组不敏感变量,并对4组变量进行厚度增加及16组变量进行减薄处理。最后对选取的20组变量进行模型重构,对优化前后的结构性能进行对比,结果表明在不影响其他性能的前提下,减重9.8 %,取得了较好的优化效果。     

Dynamics optimization of a novel high speed and high precision 3-DOF manipulator

0 IntroductionParallel kinematic manipulators (PKM) are a classof promising machineforthe manipulationand assemble ofelectronic device , because they have some advantagesover the serial manipulator ,such as high load carryingcapacity,good dynamic performance and precise position-ing[1]. Anovel hybrid 3-DOF manipulator , which com-bines the advantages of parallel manipulator and serialmanipulator, is studied in this paper . As shown inFig·1 ,the manipulator is composed of planar parallelmec…     

炮塔拆装台架变径设计与目标交互优化

为解决现役各种自行火炮炮塔拆装台架通用性差、种类冗杂的问题,通过分析其尺寸需求,设计了一种变径炮塔拆装台架,为实现拆装台架的轻量化设计并提高台架刚强度,提出了拓扑优化和尺寸优化相结合的目标交互优化设计方法.首先,以台架最易发生破坏的托盘质量最小为优化目标,最大许用位移、许用应力为约束条件,单元密度为设计变量,对托盘进行拓扑优化;然后,对拓扑优化结果进行规整,以提高刚强度为优化目标,质量不增加为约束条件,重要尺寸参数为设计变量,对托盘进行尺寸优化.结果表明,优化后托盘质量由1 421 kg减为1 032 kg,结构刚强度均有较大幅度提高,并通过工装试验验证了优化结果的有效性.      

LQR算法对粘弹性阻尼器参数的优化设计

鉴于粘弹性阻尼器(VED)对结构减震控制的局限性,采用等效刚度和等效阻尼的力学模型,对VED的参数优化问题进行了研究。基于LQR的最优控制算法,提出一种以VED控制下结构的振动响应去逼近最优控制下结构振动响应的VED参数优化的新方法,通过对一个加入VED的3层混凝土框架结构进行动力响应数值分析,得出结论：本文方法是相对简单的;所提出的VED参数优化方法能够使结构动力响应得到有效的控制,该方法的控制效果与采用最优控制算法的计算结果较为接近,验证了该方法的有效性;利用上述方法优化VED参数,对结构进行振动控制,虽然无法达到全状态最优增益反馈控制力的主动控制效果,但经过优化后的动力反应逼近最优控制算法的结果。该方法为VED在结构减震控制方面取得更好的减震效果提供了理论参考。     

一种受剪细观损伤单元模型及其应用

基于剪切损伤破坏机制,发展了相应的细观损伤单元模型,它由弹脆性的微弹簧和模拟裂缝滑移的塑性元件组成.混凝土单轴受压时的宏观性能可用受剪细观损伤单元的并联体来解释,由此建立了混凝土单轴受压的损伤本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法.通过引入混凝土剪切单元破坏应变分布随机场,推导了应力与损伤的均值、标准差的表达式.根据混凝土单轴受压时的应力-应变全曲线试验结果,结合随机建模原理和优化算法确定随机场参数和材料参数,将分析得出的受压随机应力-应变关系与试验结果进行比较,二者吻合良好.     

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。     

风力机叶片结构参数敏感性分析及优化设计

以某1.5 MW风力机叶片为实例,建立叶片有限元模型,并对叶片关键结构参数进行敏感性分析。结果表明,铺层角度对叶片结构特性影响最大,主梁帽宽度及铺层厚度的影响次之,主梁帽铺层位置以及腹板布置位置的影响最小。在敏感性分析的基础上,建立以叶片质量最轻为目标函数,以主梁帽宽度、铺层数、铺层位置以及腹板布置位置为设计变量,以叶片的强度、刚度与振动性能为约束条件的优化设计数学模型,采用遗传算法与有限元法相结合的方法对叶片结构进行优化设计研究。与原设计方案相比,优化设计方案的叶片质量减轻9.8%,结构应变分布更为合理,且不会发生共振,表明优化方法合理有效。     

复杂多关节机械臂建模及逆运动学比较分析

针对含多种关节类型的复杂机械臂的建模问题, 在 D鄄H 参数法中引入虚拟关节建立运动学模型。 考虑机械臂逆运动学存在多解、 精度和实时性的问题, 通过4 种不同的 PSO(Particle Swarm Optimization)优化算法: 线性递减权重的粒子群(LPSO: Linear Decreasing Weight Particle Swarm Optimization)、 基于杂交的粒子群优化(CBPSO: Crossbreed Particle Swarm Optimization)、 基于模拟退火的粒子群(SAPSO: Simulated Annealing Particle Swarm Optimization)和混沌粒子群优化(CPSO: Choas Particle Swarm Optimization)进行计算。 随机选取工作空间的位置点, 验证优化算法能有效计算机械臂逆运动学解, 并对执行时间、 位置误差等方面进行了比较分析。 实验结果表明, 改进的 CBPSO 算法能有效计算复杂多关节机械臂的逆运动学解, 同时满足实际作业中对实时控制的要求。     

多模块构架式空间可展开天线结构参数优化

为降低卫星天线的发射成本,提高天线的展开刚度,以多模块构架式空间可展开天线结构的质量和1阶固有频率为目标函数,基于误差反向传播（BP）神经网络和遗传算法对天线的结构参数进行了优化.运用ANSYS软件对支撑桁架的结构参数进行了数值模拟,得到了与设计变量对应的目标函数值;通过正交试验设计,构建了用于神经网络训练和检验的样本集;按照BP算法的基本思想,调整网络模型的参数,建立了用于优化的预测模型;采用分目标乘除法,将多目标优化问题转变成单目标优化问题;采用遗传算法进行了优化分析,得到了支撑桁架各杆件的设计参数.结果表明：该优化方法在降低天线质量的同时,使结构的刚度得到了提高,为天线的结构设计提供了参考.     

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。