基于Isight的轿车副车架优化设计

构建副车架有限元模型,经过静强度和模态分析,其静强度远小于材料屈服极限σ_s。第一阶频率过低,影响乘坐舒适性。基于Isight优化平台,以质量最小化和第一阶频率最大化为优化目标,以1.2倍最大应力小于σ_s为约束条件,以副车架各零部件厚度为设计变量,并结合响应面法进行了优化设计。设计结果表明:优化后的副车架在满足强度要求时,质量减轻了12.1%,前六阶频率均有所提高,从而提高了乘坐舒适性。     

强度、刚度与模态约束下的FSC赛车车架轻量化

研究了在满足频率、强度、刚度约束的前提下,通过尺寸优化实现中国大学生方程式大赛(FSC)赛车车架的轻量化设计.首先,根据FSC规则要求建立车架的有限元模型.其次,设置5种静态特性分析工况、5个重要部位的刚度分析工况与前六阶自由模态分析工况对车架结构进行性能分析,构建以质量响应最小为优化目标,以材料的许用应力、重要部位的许用刚度和发动机的激振频率为约束条件,以车架管厚为设计变量的尺寸优化模型.最后,通过序列线性规划对非线性优化模型进行近似求解,取得了良好的轻量化效果:FSC赛车车架降重5.34kg,减重15.7%.     

基于代理模型的副车架多目标优化设计

为提高多目标优化的效率,将代理模型应用到副车架轻量化设计中,首先在副车架有限元分析和参数化副车架11个设计变量的基础上,再利用径向基函数构造典型工况(制动、跳动和转弯)的副车架质量、第一阶频率和最大应力的代理模型,并且验证代理模型的正确性,然后以副车架零部件厚度为设计变量,以副车架质量和第一阶频率为目标,以典型工况中应力作为约束条件,进行快速多目标优化并求解,最后验证优化后模型。结果显示该副车架总质量减轻了8.8%,同时满足强度要求,提高了乘坐舒适性。     

滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法

螺栓强度直接决定滚轮滚针轴承工作载荷。而注油孔结构设计参数是影响螺栓强度的主要因素之一。针对这一问题,以螺栓最大应力和变形为优化目标,提出了滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法。首先,基于三维建模软件,建立了滚轮滚针轴承参数化模型;然后,运用有限元方法,提出了滚轮滚针轴承整体有限元仿真模型,分析了注油孔设计参数对螺栓强度的影响规律;最后,采用响应面分析方法,建立了以螺栓最大应力和最大变形最小为优化目标的滚轮滚针轴承多目标优化模型,结合工程实际,获得了螺栓注油孔孔径的最优化设计参数。仿真结果表明,优化后的滚轮滚针轴承螺栓关键位置的最大应力和最大变形均有所改善,验证了所建立的滚轮滚针轴承螺栓强度优化设计方法的有效性。     

半挂牵引车车架疲劳可靠性分析及优化

首先建立车架几何模型以及相应的有限元分析模型,分析车架的强度与刚度。在Adams中建立车架的多体动力学模型,计算求出悬架与车架连接处的动态外载荷作为车架疲劳仿真分析的载荷谱。在疲劳可靠性分析软件Fatigue中,通过准静态疲劳寿命分析方法计算出车架的疲劳寿命。利用粒子群多目标优化算法,以车架的各纵横梁为设计变量,以车架的较低应力和较轻质量为优化目标,选取较为合理的车架纵、横梁设计尺寸。结果显示优化后车架满足强度要求,质量减轻了近20 kg,疲劳寿命也提高了8.6%。该分析方法既可用于车架的抗疲劳设计等问题研究,也为其他工程实际问题提供了设计参考依据。     

包装货物装卸机上料臂支座优化设计

针对包装货物装卸机上料臂支座在使用过程中出现的变形较大、结构笨重等问题,提出了一种优化上料臂支座结构的方法。对上料臂支座进行了多工况下的静力学仿真,并对支座进行了扩充设计;以最小柔度为目标,使用拓扑优化的方法对支座的肋板区域重新设计;根据优化后模型进行参数化建模,以模型质量、最小变形为目标进行了响应面法的多目标参数化优化。优化结果表明:支座等效应力减小了69.97%,质量减小了17.71%,最大变形减小了11.12%。该优化方法对同类装卸机关键零部件的设计优化具有一定的参考意义。     

复杂机械装配体的响应面优化设计方法

针对复杂机械装配体优化过程中的隐性目标函数问题,提出了基于统计学理论的响应面优化设计方法,并以齿轮驱动涡扇发动机(GTF)减速器结构系统的优化设计为案例,详细阐述了该方法的主要思想与基本过程。使用Python语言在Abaqus平台上开发了该系统参数化的有限元分析(FEA)程序,以自动实现前、后处理及求解等全过程;采用两水平全因子正交试验设计方法对主要的结构参数进行析因设计,确定了参与优化的设计变量;采用优化的拉丁超立方抽样方法并调用参数化的FEA程序,求得了对应结构系统上的最大von Mises等效应力,并以该应力为目标函数建立了响应面优化模型。优化后的系统满足强度条件,且整体刚度较优化前提高了7.13%,最大von Mises等效应力和最大接触应力分别降低了12.15%和18.99%,有效提高了该结构系统的工作性能。将数值最优解反代入有限元模型中再次建模求解,所得结果验证了该响应面模型的正确性。案例分析及验证结果表明,本文方法在工程应用方面具有一定的普适性及优越性,能为更多的隐性优化问题提供设计参考及解决方案。     

阶段嗣后充填采场结构参数的多目标多属性优化

为确定某金矿阶段嗣后充填采场最优开采参数,采用弹性厚板理论,分析不同跨度下顶柱厚度与最大拉应力的关系;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计及数值模拟计算得到不同结构参数下的力学响应;构建最大拉应力、最大压应力和最大竖向位移的二阶响应面模型,研究各响应量之间的关系;通过多目标优化及多属性决策的方法最终实现采场结构参数的综合优化。研究结果表明:顶柱最小厚度为4.00 m;矿柱跨度及顶柱厚度对采场力学响应产生显著影响,采场最优开采尺寸是矿房跨度为29.90m,矿柱跨度为31.40m,顶柱厚度为5.24 m。     

大口径闸阀阀体强度分析与结构优化

利用有限元软件对楔式闸阀阀体强度进行计算和分析,找出应力集中点,以应力集中处的最大等效应力作为目标函数,以阀座凸台处基本尺寸作为设计变量进行优化设计.得到理论最优的结构尺寸,提高阀体的强度,使阀体的应力分布更加均匀.优化前后结果对比表明优化后的阀体最大等效应力减少16.7%,优化后的阀体性能得到较大改善.     

基于响应面法的泥浆泵机械密封结构优化

为解决泥浆泵机械密封受压导致端面变形进而失效问题。文章基于ZTZJB-D01泥浆泵密封模型，对密封环结构参数的性能影响进行研究分析，用拉丁超立方采样建立克里格响应面模型，对密封环结构参数组合进行优化，并使用静态结构模块对结果进行验证。研究结果表明，端面宽度与密封环的变形和应力成反比，与密封环最小疲劳寿命成正比。窄环高度和游隙深度与密封环的最大总变形和最大等效应力成正比，与密封环的最小疲劳寿命成反比。密封环的最大总变形力和最大等效力分别降低了61.11%和64.12%,最小疲劳寿命提升到15 069 cycle/s。响应面优化方法适用于泥浆泵机械密封的结构设计，使得密封环的强度性能得到显著提升。     

电动摩托车车架结构优化设计

为分析某型号电动摩托车车架在振动工况下的结构强度并减轻重量,基于瞬态动力学理论,采用有限元方法,建立车架瞬态分析有限元模型,计算车架在振动工况下的动强度,得到车架在该工况下的应力分布状况,在此基础上结合Hyperworks优化模块建立以车架重量为目标函数的优化模型,在满足强度约束条件下对车架结构进行优化设计。理论计算和实验研究表明：该车架结构强度有一定富裕,在振动工况下安全系数较高,存在一定优化空间,优化后车架结构强度得到一定提高,符合制造工艺,同时车架重量减轻了12.1%,说明该优化方法对车架结构设计有一定指导意义。     

基于AWE的大口径闸阀阀体强度分析与结构优化

在ANSYS Workbench集成开发平台环境下,建立大口径闸阀阀体的参数化模型,从安全、经济的角度,就如何改进阀体的结构以减少阀体的应力集中现象,合理优化加强筋结构尺寸和位置进行有限元分析和结构设计,得出阀体最优的结构尺寸,结合最大应力强度敏感性分析,为该类阀体结构的设计提出指导性意见.结果表明,优化后的阀体最大等效应力明显减小、应力分布更加均匀,该研究方法具有较高的效率和精度.     

中深孔崩矿阶段嗣后充填法采场结构参数优化

为获得合理采场结构参数,实现山东莱州望儿山金矿中深孔阶段崩矿嗣后充填法的安全高效开采,采用弹性薄板理论,分析不同跨度下顶板应力与厚度的关系,确定合理的开采参数范围;结合矿山实际开采条件,通过中心复合试验设计,采用数值模拟计算得到不同结构参数下的力学响应;基于二阶响应面法建立最大拉应力、最大压应力和竖向最大位移的回归模型;将回归模型作为目标函数,采用遗传算法进行多目标优化,获得Pareto最优解集。研究结果表明:根据工程实际需要,矿房跨度为26.0 m、矿柱跨度为28.0 m及顶板厚度为6.7 m为开采最佳结构参数。     

某工程车辆车架的结构动力学分析与优化

为实现车架轻量化,提高车辆的燃油经济性,以某型号工程车辆车架为研究对象,在Hypermesh中建立其有限元模型,分析车架在满载弯曲、扭转和制动三大典型工况下的静态特性,计算发现车架在对角轮悬空工况下的应力最大,最大应力为189.2 MPa。对车架进行模态分析,得到车架的前16阶模态频率与振型图,并在此基础上推导车架的动载系数,计算得到车架的最大动应力为230.8 MPa。基于分析结果对车架进行尺寸优化,使车架质量降低了7.14%,一阶模态频率提高了13.4%,二阶模态频率提高了12.6%,达到了预期的轻量化目标。     

考虑增材制造填充结构强度的拓扑优化方法

提出了一种针对给定薄壁外形的内填充结构拓扑优化方法,用于设计具有优化结构强度、满足增材制造几何要求的轻量化多孔填充结构.基于p范数函数计算结构最大应力近似值,并以最小化该值为优化目标,以提升填充结构强度.通过在优化模型中考虑局部体积约束,获得多孔填充构型,并进一步提出局部体积上限动态调整策略,提升优化过程稳定性,避免优化过程约束过强导致结构构型和应力响应突变甚至优化失败.此外,考虑了自支撑约束,保证优化所得填充结构自支撑,且支撑给定薄壁外形的悬空区域.引入了基于两场公式的优化模型,确保优化所得填充结构满足增材制造最小尺寸要求.数值算例表明,所提方法优化结果与以最小化柔度为目标的填充结构拓扑优化结果相比,在相同质量下结构强度得到了显著提升.在此基础上,在优化模型中考虑了柔度约束,讨论了填充结构刚度、强度的相互影响规律.     

大豆收获机车架的轻量化设计

以某大豆收获机的车架为对象,利用三维建模软件Solidworks进行了参数化建模,导入有限元前处理软件Hypermesh对车架进行有限元网格划分和模态仿真分析,对车架样件进行模态试验分析,验证了仿真模型和结果的正确性。对车架不同工况下进行了强度校核计算;以车架固有频率和动载荷系数为2.5时材料的最大许用应力为约束,以车架质量最小为目标,进行了轻量化优化设计,优化后底盘车架减质量16%。     

基于响应面模型和多目标遗传算法的动车组水箱优化设计

以获取动车组水箱最佳结构参数组合为目的,结合双向流固耦合分析,采用拉丁超立方抽样生成试验设计样本点,构建了动车组水箱的响应面近似模型,通过拟合优度验证了该响应面的准确性。最后运用多目标遗传算法寻找水箱结构参数优化设计的Pareto最优解前沿,以此提出优化策略。研究结果表明,基于响应面模型和多目标遗传算法的动车组水箱优化方法,有效克服了水箱结构总体性能方案设计时重复性和经验依赖的缺点,可为决策者进行目标权衡提供充分依据,为其他复杂模型的设计优化问题提供设计参考及解决方案。     

基于响应面法的复合材料舱壁结构优化设计

为减轻船舶结构重量,提高船舶的承运能力,造船企业逐渐考虑采用复合材料结构替代常规的钢制舱壁结构。为得到最佳的舱壁结构设计参数,提出了一种将响应面模型与遗传算法相结合的优化设计方法。采用Box-Behnken设计方法,在设计空间中抽取样本点并进行模拟,建立舱壁最大变形、最大Mises应力及质量的响应面模型。利用遗传算法对响应面模型进行优化,得到Pareto最优解。仿真实验表明:与原先的钢制舱壁方案,优化后的质量减轻了约23%,最大变形基本与钢制舱壁方案一致。研究结果表明所提出的方案适用于工程结构多参数优化设计。     

大型摊铺机车架的力学特性分析与结构优化设计

首先,基于大型摊铺机车架刚度和强度设计方法,建立大型摊铺机车架的有限元模型.然后,通过模态仿真计算与模态分析得到车架的前10阶固有频率及主要振型,并通过模态实验验证了有限元模型的正确性.最后,提出动静力学特性相结合的综合结构设计方法:以动态刚度为目标函数,通过相对灵敏度分析确定车架刚度薄弱部分,利用拓扑优化手段实现摊铺机车架局部形状的改变及加强筋的布置,以提高车架刚度;结合静力学特性,分析摊铺机车架在静置情况下的应力分布及变形情况,以校验其性能可靠性,最终完成车架结构优化设计.对优化后的车架进行仿真分析,结果表明,优化后车架第1阶和第2阶固有频率明显提高,同时车架质量减少了3%.     

客车车架的结构优化设计

文章以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,以某型大客车车架为例,根据对车架的静态强度、刚度和模态特性的分析结果,对车架局部进行了改进设计和中段纵梁的截面尺寸的设计优化,建立了中段纵梁的力学模型、优化参数模型及有限元模型,采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序,用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计;另外对车架主要结构进行了拓扑优化,优化结果使纵梁结构节省了部分材料.计算结果表明,该优化设计的方法可广泛应用于车架的优化设计工程.