汽车转向节静动态特性分析与多目标拓扑优化

为使复杂工况下运行的SUV汽车在满足各项性能要求的基础上实现轻量化,以汽车转向节为研究对象,利用变密度连续体结构拓扑优化与折衷规划法相结合来建立多目标优化函数模型,利用层次分析法确定各子目标的权重,进行多目标拓扑优化,得到了材料的理想分布.优化前后的转向节静动态特性对比分析表明,采用多目标拓扑优化方法设计的汽车转向节在轻量化的基础上提高了其结构的刚度和固有频率,实现了多目标同时优化.     

基于折衷规划法的转向节多目标拓扑优化设计

转向节直接影响汽车的操作稳定性和行驶安全性,为使转向节在实现轻量化的同时满足汽车动力学要求,运用SIMP(solid isotropic material with punishment)密度函数插值模型以及带权重的折衷优化法定义综合目标函数,对某太阳能赛车转向节进行多目标拓扑优化,使其一阶振动频率和静态工况下的刚度达到综合最优值。优化后该转向节的一阶振动频率提高76.87%,静态工况下的刚度提高90.25%,质量减轻44.47%,轻量化效果显著。     

汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法研究

为解决汽车变速器壳体多工况拓扑优化适应性问题,提出一种基于折衷规划拓扑优化理论的汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化思路.以某前横置变速器壳体为研究对象,以刚度最大、柔度最小为优化目标,借助Hyperworks分析软件,开展变速器壳体折衷规划自适应拓扑优化设计方法研究.经有限元分析验证,运用折衷规划拓扑优化方法形成的变速器壳体结构设计模型,在一/倒档两典型工况下的目标函数都逐渐收敛于最小值,各档位柔度均达到最小,可同时满足汽车各工况下变速器壳体强度可靠性要求.应用实践表明,折衷规划拓扑优化法是一种有效解决复杂结构体多目标优化问题的可行方法.     

满意度动态加权法在自卸车车架拓扑优化中的应用

为了使自卸车车架在满足使用性能的条件下达到轻量化的要求,将拓扑优化方法引入车架的结构设计过程中。以车架多工况权重刚度最大化为优化目标,以设计区域的体积分数为约束,以设计区域的材料密度为设计变量, 建立了自卸车车架结构多刚度拓扑优化模型;在采用动态加权方法将多刚度这一多目标优化问题转化为单一目标优化的过程中,基于决策论中满意度理论提出了多工况权重比的计算方法。该方法使权重比的设定随每个单目标函数在每次迭代后的变化而自动调整,可避免传统方法中由于设计者主观因素造成的权重比偏差。仿真分析表明,车架性能满足工作要求,验证了车架设计的合理性。     

多种工况下装载机机罩多目标拓扑优化设计

针对某装载机机罩存在质量大,有开裂现象等问题.以体积和频率为约束,以各工况载荷下结构的刚度最大作为目标函数,依据固体各向同性惩罚(SIMP)理论,采用带权重的折衷规划法对机罩结构进行多目标拓扑优化,并依据优化结果对机罩重新设计.结果表明,优化改进后的设计模型,既减轻了结构质量,又提高了结构的动、静态特性.     

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。     

拓扑优化在单缸机缸体轻量化设计中的应用

为将三维拓扑优化技术应用于发动机气缸体轻量化设计中，对采用变密度拓扑优化方法的拓扑优化技术进行了研究．以缸体上施加最大爆发压力工况为边界条件，以缸体总柔度最小化为优化目标，以缸体重量为约束条件，对缸体进行拓扑优化．拓扑优化后的结构考虑加工、装配等因素，进行合理的重新建模后，分析了最大爆发压力工况和最大侧向力工况的气缸体应力分布，两种工况下优化后的缸体最大应力比原气缸体降低，应力分布更加均匀．结构优化方法用于缸体的等强度轻量化设计中，很容易确定缸体的最佳形状，并能减少重复设计验证的次数。     

基于多目标拓扑优化的拖缆机机架结构优化

针对现有船用大型拖缆机结构优化问题,采用多目标拓扑优化方法对大型拖缆机机架进行概念设计。拖缆机机架的优化目标主要有重量、刚度、固有频率3个方面,分别求得各个目标的最优解和最差解,并且利用折衷规划法求出目标函数,实现了复杂工况下的拖缆机机架结构的多目标拓扑优化。经过优化后的拖缆机机架在质量、刚度和固有频率各方面都得到了一定程度的改善。优化结果表明了基于动态和静态的多工况多目标拓扑优化方法在海工装备设计过程中的实用性,为海工装备的结构优化设计提供了理论参考。     

复合材料防撞梁低速碰撞的研究与多目标优化

复合材料在汽车车身上的使用是实现汽车轻量化的一个十分重要的途径,而防撞梁对于汽车及人员安全起着重要的作用。首先,建立保险杠有限元模型及低速碰撞仿真模型;其次,分析比较传统材料与碳纤维复合材料的防撞梁在偏置和正面碰撞工况下的应力、位移量、碰撞力峰值和比吸能的性能指标;最后,对碳纤维复合材料防撞梁的铺设层数和其余部件的厚度作为设计变量,通过实验设计(DOE)筛选试验点,采用移动最小二乘法创建质量和碰撞性能指标响应面模型,进而利用多目标遗传算法对该模型进行求解并选取最佳结构方案。结果表明:优化前碳纤维复合材料的比吸能比传统材料钢提高了34.8%,质量减轻了27.1%;优化后的复合材料在两种工况下碰撞力峰值较优化前均降低,保险杠的质量从原来的3.653 kg减至3.145 kg,降低了13.9%。     

荷载工况多目标下钢筋混凝土深梁的拓扑拉压杆模型设计

为了提高钢筋混凝土深梁构件配筋设计方法的合理性,选用遗传演化结构优化算法,并延伸出荷载工况多目标下的应用方式,同时基于拓扑解构建拉压杆模型,衔接拓扑优化与工程设计环节,建立荷载工况多目标拓扑拉压杆模型。采用两个深梁数值算例验证了该模型的可行性和稳定性。从建立拉压杆模型的角度以其力学特性出发,将荷载工况多目标优化的拓扑解分别与各荷载工况单目标优化解、其弹性叠加结果,以及所有荷载工况共同作用下的单目标优化解进行比较,证实了新模型更契合深梁类构件的受力特性,具有更佳的全局寻优能力。荷载工况多目标遗传演化结构优化可以有效解决多目标优化中的病态荷载问题,依据其建立的拉压杆模型直观可行,可以为钢筋混凝土深梁设计提供参考。     

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.     

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.     

基于拓扑优化的复合材料汽车座椅骨架设计

为满足汽车座椅轻量化和安全性的需求,综合采用轻量化材料和结构拓扑优化设计技术,提出了一种碳纤维复合材料乘用车座椅设计方法.新型座椅骨架由碳纤维层合板外壳和短切碳纤维加强筋两部分组成.首先,为提高座椅结构刚度和稳定性,利用结构拓扑优化技术在碳纤维层合板外壳区域内布置合理的加强筋,然后,通过优化碳纤维层合板外壳,提高结构整体刚度,降低骨架质量.结果表明,与参考钢制骨架相比,新型座椅骨架不仅整体刚度得到大幅提升,而且质量减少了30.72%,有显著的轻量化效果.     

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.      

干片式制动器支撑结构的拓扑优化方法

提出了一种干片式制动器支撑结构的拓扑优化设计建模方法.基于变密度法,以支撑结构关键控制点位移最小为目标函数,建立了优化模型.通过设定关键点与其对应目标坐标之间的距离最小达到控制支撑结构关键位置变形的目的.采用关键点的权重因子来突出优化目标的主次关系.分析了三种不同设计域情况下支撑结构的拓扑构型,研究了约束条件对拓扑结构的影响规律.支撑结构优化支柱表现为一个复合孔槽结构,右下角为类三角形的通孔并且在外表面为较大的浅槽结构.结果表明在体积减少量增加的情况下,支撑结构的最大变形和最大应力会随之增加.在最大变形不变情况下,体积减少了10.2%;在体积相当的情况下,最大变形减少了9.4%;在体积减少6.0%的情况下,最大变形减少了4.1%.      

渐进结构优化方法在联轴器优化设计中的应用

针对联轴器优化设计中普遍关注的结构轻量化和最大应力最小化问题,借助Hyperworks 有限元分析软件,采用渐进结构优化方法,对SSWZ330 型十字轴万向联轴器进行了结构拓扑优化设计。优化后,可使材料节省9． 17%,工作时最大静应变减少2． 3%,最大应力减少52． 1%,改善了结构性能,减轻了结构重量,拓展了Hyperworks 软件在机械部件结构拓扑优化设计领域的实际工程应用。     

大学生方程式赛车碳纤维轮圈结构设计与优化

大学生方程式赛车轮圈的轻量化设计对减轻簧下质量,提高赛车性能有着重要意义。采用有限元法研究赛车碳纤维轮圈的轻量化设计,对轮辐结构形式进行探究以寻求更高刚度,在多工况条件下对设计方案铺层结构进行多步优化以实现质量的减轻。分析表明,具有斜辐板设计的轮圈比直辐板轮圈有着更好的刚性;碳纤维铺层厚度分区优化是实现轻量化的有效方法,最终设计较原铝合金轮圈质量减轻56%;对碳纤维轮圈的结构优化使材料的最大应力和应变减小,整体刚性提高35%,失效因子降低8.1%。