多自由度复杂结构TMD参数优化研究

通过分析多自由度复杂结构TMD的吸振原理,得出了TMD的参数优化方法,并用均值为零的白噪声过程为基底加速度输入,通过理论分析得出了TMD优化参数的简化近似计算公式.最后将所的近似公式用于上海中心大厦的TMD参数优化,并与非线性优化分析结果进行比较,证明简化计算方法的有效性.     

小阻尼空间声学特征频率灵敏度分析与优化设计

小阻尼声空间的优化设计可以使声空间布局更为合理,从而改进空腔声学性能.根据三维空间声学波动方程及其边界条件,给出了声学有限元方程,在此基础上建立小阻尼空间声学问题的优化模型,重点推导声场特征频率对声空间边界形状控制参数的灵敏度分析公式,同时给出了优化求解算法.在JIFEX软件中进行了程序实现,数值算例分别验证了有限元计算、灵敏度分析和优化算法的有效性.     

载货车车架的灵敏度分析及结构优化

文章阐述了基于灵敏度分析的车架轻量化方法.以载货车车架为例建立了有限元模型,取柔度灵敏度与质量灵敏度比值的绝对值较小的横梁和纵梁的板厚为设计变量,对车架进行了轻量化优化设计;优化结果表明,基于灵敏度优化方法是可行的,可推广应用.     

基于能量分布轧机振痕振动特征识别方法研究

在轧制过程中,带钢表面经常会出现明暗交替的振痕,严重影响带钢表质量;由于轧制速度等轧制参数波动会导致振痕特征频率的变化,难以准确捕捉振痕特征频率,无法实现振痕特征频率的自动识别和实时监测。分析了带钢表面振痕特征,根据轧制参数确定了带钢表面振痕出现的特征频率,提出了对振动加速度信号的自相关处理和小波包分解相结合的方法,得到了小波包分解能量分布情况,克服了轧制参数波动对振痕特征频率的影响,实现了对带钢表面振痕的有效识别。试验证明该方法不仅便于计算机自动识别,而且为提高生产效率和经济效益提供了新的理论依据和实践支撑。     

基于板梁扭转振动控制阻尼的压电片拓扑形状设计

针对悬臂板扭转振动主动控制问题,研究了以扭转阻尼为目标的PZT压电片拓扑形状优化技术,给出了反馈控制阻尼系数及其灵敏度计算公式,并采用渐进结构优化设计思想对压电片的拓扑形状进行了优化设计.仿真和分析结果证明了压电片拓扑形状优化设计对抑制扭转振动的有效性.     

粘滞阻尼器消能减震结构的简化设计

基于pushover分析方法,提出粘滞阻尼器消能减震结构的一个简化设计方法．先将多自由度体系等价成单自由度体系,对于给定的目标顶点位移,可以直接求出等价单自由度体系抵御强震所需的等价附加阻尼,并对其在多自由度体系中的分配提出建议．选用一个12层混凝土框架结构验证了该方法,其时程分析结果表明,对于pushover方法适应范围内的中、低层房屋可以取得满意的结果．     

冲击波作用下剪力墙结构人防地下室倾覆的简化算法

为在人防工程设计中评估冲击波作用下高层建筑对其下附建人防地下室的倾覆作用,提出了剪力墙结构附建人防倾覆的简化算法.该算法基于结构弯曲刚度远大于地基抗倾刚度,将结构与地下室简化为单自由度体系、地基土简化为转动弹簧计算;并通过对地下室倾覆过程中的受力分析提出了弹簧抗力函数的简化三折线形式.该简化算法结果与有限元结果基本一致.在地基抗倾刚度与结构弯曲刚度之比小于0.8时,该算法与有限元方法的计算结果的相对误差小于5%. 可见该算法在常见工程条件下是可靠的.     

基于遗传算法的多自由度振动陀螺仪优化设计

针对微陀螺仪灵敏度与带宽的制约问题,通过一种新型的生物进化遗传算法,提出了一种基于灵敏度和带宽最优化的优化设计方法.编写了多目标遗传算法的相关程序,该方法基于特征提取确定约束条件,以微陀螺振动系统振子质量比、结构频率比以及弹性梁刚度系数比为设计变量,灵敏度与带宽为设计目标,采用多目标遗传算法对模型进行优化.以双检测单驱动三自由度微机械陀螺仪为研究对象进行分析与优化,获得的灵敏度和带宽与二次序列规划算法(SQP)相比分别提升了18 dB和2 175 Hz.结果表明,采用该方法对微陀螺仪的性能进行分析和优化,能在大大提高优化效率的同时有效提高灵敏度与带宽,达到提升多自由度微陀螺性能的目的,为微机械振动陀螺仪的优化设计提供了新的有效方法.     

简谐激振作用下框架结构刚度识别

该文阐明了简谐激振法的识别原理。将框架结构简化为串联多自由度体系,对该体系的运动微分方程进行傅里叶变换,得出刚度识别公式,在此基础上进行了计算机仿真分析。结果表明,该方法能较准确地识别结构的刚度参数,具有良好的容错性,在结构动力检测方面具有一定的应用价值。     

位移约束下预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构体系创新进行拓扑优化设计研究.建立了以索力值和结构拓扑为设计变量,以位移为约束条件,以结构重量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,采用两阶段设计方法.首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在索上的预拉力,然后通过灵敏度分析,采用渐进结构优化法(ESO方法)删除低位移灵敏度单元实现结构的拓扑优化以减轻结构重量,反复迭代,直至最优.算例结果与相应体系受力性能相吻合,表明本文所提出的优化设计方法可行,为预应力钢结构选型提供了理论依据.     

基于相对灵敏度的重型自卸车结构轻量化设计

为了实现重型自卸车的轻量化设计,通过对自卸车整体进行有限元建模,对其进行四种运输和两种卸料工况载荷作用下的刚度与强度分析及整车模态性能分析,评价其静态和动态工况下整车的性能要求。对整车部件进行位移、强度、模态和质量的灵敏度计算,并定义相对灵敏度。运用相对灵敏度分析的结果确定优化设计变量,在保证整车静动态性能不降低的前提下,对整车结构进行了尺寸优化和形状优化相结合的优化方法。结果表明,优化后整车静动态特性明显改善,且总质量减轻了10.2%。验证了该轻量化设计方法的可行性。     

惯性通道式半主动悬架作动器的设计与研究

为了提高作动器减振性能,设计了惯性通道式半主动悬架作动器.建立了力学控制模型,推导出数学模型,求出动刚度、动阻尼和力传递率的表达式.通过改变惯性通道截面积对作动器系统进行动态特性仿真,得到各指标的变化规律.仿真结果表明:所设计的作动器系统减振特性明显,可以为半主动悬架系统提供低频大阻尼力和高频小阻尼力.     

考虑楼层刚度的伸臂结构力学性能

针对带伸臂框架-核心筒的结构方案设计提出了一种考虑普通楼层刚度的简化计算方法,并将此方法与有限元模型计算结果进行对比 . 在此基础上对楼层数量、楼层刚度比、伸臂刚度比、伸臂跨度比及高跨比等参数影响规律进行分析,提出了考虑普通楼层刚度的等效核心筒刚度比计算公式,并分析对比了其对伸臂结构动力性能影响规律. 结果表明：简化计算方法与有限元模型计算结果吻合较好,相对未考虑普通楼层刚度情况误差率减小 20%;提出的等效核心筒刚度比公式能较好地估计普通楼层对整体刚度的贡献,能满足工程方案设计精度要求,且拟合的等效核心筒刚度比计算公式能简化结构动力分析,近似估计伸臂结构动力特性,为带伸臂框架-核心筒的结构动力分析提供简单的实用分析方法和理论依据.     

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。     

灵敏度分析的客车车身模块重构与结构轻量化优化设计

提出基于灵敏度分析的车身模块重构设计,结合结构优化方法开展客车车身的轻量化设计.通过车身模块化减少灵敏度分析时的设计维度,并基于各子块厚度对车身扭转刚度的灵敏度系数进行车身的模块重构和结构优化.通过对比优化前后整车的强度,验证该方法对客车车身轻量化设计的可行性.结果表明:该方法使客车车身的质量降低了460 kg,最大应力减少了14.26%,且降低了车身结构优化设计的复杂度.     

核筒悬挂结构的动力特性及参数优化

基于欧拉伯努利梁理论和层剪切模型,应用拉格朗日方程推导了单段核筒悬挂减振控制结构的运动方程.在此基础上通过时程分析评价了结构的减振性能,应用复模态叠加法对结构的响应进行了频域分析,以主体核筒顶点位移和悬挂楼面层间位移响应为优化目标,对悬挂楼面的侧移刚度、阻尼器的刚度和阻尼系数进行优化.分析结果表明,存在最优的侧移刚度和阻尼器刚度使得核筒位移响应最小,存在较优的阻尼器阻尼系数可同时有效抑制核筒和悬挂楼面的响应,所以通过合理设置结构参数能够显著减小核筒悬挂减振结构的动力响应.     

细长机械臂的刚度灵敏度分析与参数优化

针对细长机械臂的结构优化问题,提出了一种基于刚度灵敏度分析的参数优化方法.以三自由度固体火箭发动机内壁打磨机器人为例,首先给出了系统结构模型并建立了机械臂的刚度模型;其次,针对机械臂上7个关键部位的壁厚对弯曲刚度的影响进行了灵敏度分析,确定出对机械臂刚度敏感的4个部位壁厚变量;最后,以该4个壁厚变量为设计变量进行优化设计,得出了最优方案.仿真结果表明,经过参数优化后的机械臂刚度提高7.04%.该研究结果为此类机械臂的结构优化问题奠定了理论基础.     

动车组车辆地板振动问题及其优化

针对某型动车组高速运行时地板振动脚感发麻问题,对该车进行了线路运行试验.通过振动传递分析与运行舒适度分析发现,车体钢结构振动经弹性支撑元件传递至地板后,在20~50Hz频率范围的振动被放大,且该频率范围覆盖了人体腿部敏感频率,导致乘坐时脚感发麻.为进一步研究地板振动放大机理,建立了包含地板的车体精细化有限元模型,并对模型进行验证.有限元分析结果表明,原地板弹性支撑刚度参数不当,导致地板局部模态频率与车体钢结构局部模态频率接近,进而导致地板与车体底架发生局部共振现象,地板振动能量被放大.针对地板弹性支撑参数不当进行了优化研究,并对优化方案进行了试验验证.试验结果表明,优化设计有效地解决了地板振动发麻问题.     

基于灵敏度分析的机床轻量化设计

对机床结构做轻量化设计,可以在保证刚度的基础上,减少制造成本。该文利用SolidWorks软件和ANSYS软件对一台机床(高速卧式加工中心)的结构件做分析测量,得到了各个结构尺寸变化时,质量变化对刚度变化影响的灵敏度。以灵敏尺寸作为优化参数、结构件质量作为优化目标、刚度和铸造工艺条件作为约束条件对该机床做了轻量化设计。利用计算机仿真轻量化过程,在保证刚度不降低的前提下,结构质量可降低312kg(6.9%)。结果表明:灵敏度分析是对结构做轻量化设计的有效途径。     

鼠笼弹性支承结构优化设计方法

支承刚度是影响转子系统动力学特性的重要参数之一,为了提高鼠笼弹性支承刚度设计的精确性,提出了一种鼠笼结构优化设计方法.结合鼠笼的加工装配条件、柔度条件以及疲劳应力条件,建立带有非线性约束的鼠笼结构优化数学模型,基于该模型运用有效集算法优化鼠笼的结构参数,根据优化结果建立鼠笼参数化有限元模型,采用遗传算法对结构做进一步优化.最后举例验证了该方法的有效性.结果表明:在满足非线性约束的条件下,优化结果与设计目标值误差在1％以内,该优化方法提高了鼠笼刚度的设计精度,明显减少了设计迭代次数,从而缩短了设计周期.