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.     

基于灵敏度分析的某纯电动车白车身轻量化研究

纯电动汽车迎来快速发展时期,但限于电池包的质量,电动汽车续航里程的提升存在一定限制.文中以某纯电动汽车白车身为研究对象,建立了基于刚度和模态的灵敏度仿真分析模型,以白车身质量最小为目标,通过计算获得了设计变量对于目标的灵敏度值.基于灵敏度分析结果,结合工程经验,制定出合理的车身轻量化方案,在性能不明显降低的基础上实现白车身减重6.2 kg,为开发过程中进行纯电动汽车车身轻量化提供参考.     

基于灵敏度分析的白车身结构接附点动刚度优化方法

白车身接附点的动刚度对整车NVH(Noise、Vibration、Harshness)性能有非常大的影响,通过对车身与副车架的关键接附点进行动刚度分析,可以为车辆正向开发中NVH性能的提升提供理论参考,另一方面又能够缩短开发周期和降低开发成本。本研究以某款SUV车型为研究对象,面向开发设计阶段白车身关键接附点动刚度不足的问题,提出了基于灵敏度分析的白车身结构接附点动刚度优化分析方法,将接附点平均动刚度提升至8 000 N/MM以上。首先通过建立白车身的有限元模型,利用仿真软件中Optistruct结构求解器进行模态分析、动刚度分析,计算得到车身接附点IPI曲线;其次绘制出目标值的动刚度曲线并与计算得到的IPI曲线进行对比,计算各个安装点X、Y、Z三个方向的平均动刚度值;然后根据对比结果利用直接频响分析找出左后减震器接附点Y向IPI曲线峰值过高的原因;最后结合板厚灵敏度分析对相对薄弱区域提出车身结构尺寸优化和形貌优化的优化方案。通过验证,左后减震器接附点Y向动刚度平均值达到设计目标值。优化后的左后减震器接附点Y向动刚度得到较大提升,为白车身后续设计提供了重要的理论依据,使其达到工程设计的目标要求。     

基于应变能分析的双目标白车身模态优化

建立某混合动力SUV带挡风玻璃白车身的有限元模型,分析白车身的模态特性,并通过试验模态验证其可靠性。针对未达到35Hz目标值的后部扭转模态,通过改进白车身焊点、结构、板件厚度等步骤进行优化。在板厚优化之前引入模态应变能分析法,缩减模态灵敏度分析样本,提高优化效率。最终,白车身后部扭转模态频率由34.42Hz提升至37.39Hz,而车身质量仅增加0.2%(0.75kg),在实现白车身模态优化目标的同时还尽量减少了车身增重。     

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.     

白车身动态灵敏度应力分析的等效子结构法

提出了一种针对轻型客车白车身结构的静态灵敏度分析的子结构法,以模拟车身的动态灵敏度应力分析,应用子结构法、通过动态分析软件ANSYS进行分析,寻找在车身扭转振型下频率灵敏度比较高的部件,进而为改进结构设计、提高整车抗扭性能提供理论依据。研究表明,应用等效子结构法,可以大大提高计算效率,节省计算机资源。这种方法有利于大型结构动态灵敏度分析。     

基于灵敏度分析的自卸车车架优化设计

建立了某自卸车车架有限元模型,通过模态试验和模态有限元分析,得出了车架固有频率,并且验证了该模型的准确性和合理性。依据车架结构的灵敏度分析结果来选择设计变量,在保证车架低阶模态频率的前提下,以车架轻量化为目标优化车架构件厚度,实现了车架质量8.0%的降低幅度;在控制车架质量的条件下,以提高车架低阶模态频率为目标,实现了车架结构的低阶模态频率和动态性能的提高。为自卸车车架结构优化设计提供依据。     

基于灵敏度分析和APDL的塔机结构动态优化设计

在塔机静态分析和模态分析的基础上,为改善结构的动态性能,将优化设计、有限元法和灵敏度分析相结合,以影响塔机动态性能的关键模态频率第一、二阶频率为优化目标,以强度、刚度和稳定性等为约束,通过动态灵敏度分析确定了对优化目标影响较大的构件截面尺寸参数作为设计变量,应用有限元分析软件ANSYS的参数化设计语言APDL和优化模块实现了塔机的结构动态优化设计,优化实例表明结构的动态性能明显提高.     

基于刚度链的纯电动汽车车身主断面优化设计

基于梁单元车身简化几何模型建立以主断面为节点的车身静态和动态刚度链数学模型,研究电动车车身主断面属性与刚度以及模态的关系;以车身刚度、模态为约束条件,以车身质量最小为目标函数进行多目标优化,并利用遗传算法求解,得到同时满足静态刚度和频率特性要求的电动汽车车身主断面属性参数。建立对应的车身骨架有限元模型计算刚度及模态,并与刚度链优化结果进行对比分析。对比分析结果验证了本文研究方法的合理性和有效性。     

基于自适应响应面法的白车身结构轻量化设计

白车身是汽车的重要组成部分,许多汽车制造业已经把白车身轻量化设计作为重要研究方向之一。如果能对白车身进行轻量化设计,就能达到节能减排的目的。以某白车身为研究对象,基于自适应响应面方法对白车身模型进行优化求解。首先利用有限元法获得白车身的模态、刚度和强度,并通过模态和刚度的灵敏度分析筛选15个钣金件作为变量;利用田口实验进行15因子3水平实验设计,根据田口实验数据创建响应面;然后使用最小二乘回归和移动最小二乘法进行响应面拟合,基于自适应响应面方法对其进行优化求解,并进行仿真实验对比。结果表明,使用本文方法可以将白车身质量减重18.924 kg,减重了4.736 9%,并且利用此方法进行的轻量化设计使得白车身的3个静强度工况的最大应力均有所下降,并在满足刚度和强度条件下,实现了白车身轻量化要求。     

基于拓扑优化与灵敏度分析的客车车身轻量化研究

文章以某半承载式客车为例,建立车身拓扑优化模型,综合考虑车身弯曲刚度和扭转刚度,进行拓扑优化设计;对拓扑优化后的车身结构进行灵敏度分析,优化车身杆件的厚度,经拓扑优化、灵敏度分析,车身减轻质量362kg,达14.6%,取得良好的轻量化效果。     

基于灵敏度分析的单层厚壁容器可靠性稳健优化设计

针对可靠性的稳定性问题,将可靠性优化设计理论与可靠性灵敏度分析相结合,提出可靠性稳健优化设计方法.将此法运用于单层厚壁容器设计,建立基于灵敏度分析的附加目标函数的可靠性稳健优化设计模型,并用MATLAB语言工具箱和优化工具箱实现参数求解,可迅速、准确地获得容器可靠性稳健设计信息.结果表明该方法简便易行,为提高和稳定过程设备的可靠性水平提供理论依据和应用参考.     

基于遗传算法的排桩支护结构优化设计

基于自然选择和自然基因机制的遗传算法是当前处理复杂非线性模型的一种新的优秀方法。为此,文章建立了悬臂式排桩这一基坑支护结构形式的数学模型,并运用改进遗传算法对设计参数进行优化调整;结合以实际工程资料为背景的支护案例进行优化。计算结果表明,设计参数既满足约束条件,又可降低工程造价,从而显示了该方法的有效性,具有一定的参考价值。     

基于设计灵敏度分析的圆柱壳声辐射优化

采用有限元法计算结构振动,边界元法求解结构振动引起的辐射声场问题.在此基础上提出了圆柱壳结构声辐射优化模型,重点推导了结构振动声辐射灵敏度计算公式.优化模型中,声辐射功率作为目标函数,约束函数中不仅有内部场点平均声压作为声场设计指标,而且包含了质量和自振频率的结构设计指标,圆柱壳的厚度作为设计变量.通过与用差分法计算的...     

基于正交设计方法的混输泵叶轮优化设计

以自主研发并取得外特性试验数据的第三代混输泵叶轮为基础,应用L_9(3~4)正交表,以混输泵增压和效率为考查指标,对混输泵叶轮进行4因素3水平的正交设计,获得9组参数组合.采用雷诺平均数值模拟方法,对正交设计中每种组合进行性能预测,分析得到一组最佳的参数组合作为优化后的叶轮参数,然后设计出与优化后叶轮配套的导叶,即得到一套优化后的增压单元设计参数.分别建立优化前后混输泵增压单元的计算流场,并对二者进行数值模拟计算.结果表明:优化后增压单元内流场特性相比优化前得到明显改善,增压提高约14.97%,效率增加约8.07%.     

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.     

基于生态敏感性分析的环境友好型土地利用空间结构探析

生态敏感性区域的城市用地是城市建设和土地利用规划中的重要内容之一,在生态敏感性分析的基础上进行城市功能分区和土地利用结构调整对于构建环境友好型土地利用模式具有重要意义.借助TM影像、地形图等基础数据挖掘出研究区坡度、植被覆盖度、土地利用现状等参数信息,结合可持续发展和环境友好型的理念,通过构建生态敏感性分析指标体系对土地利用类型进行因子分析和相关分析,在ArcGIS软件叠置、缓冲等空间分析的基础上结合研究区的土地利用现状和相关规划资料对长春净月经济开发区的环境友好型土地利用空间结构模式进行了分析和探讨.结果表明:长春净月经济开发区的土地利用形成了以“一区、三镇、七个中心村”为骨架,以主题公园区、水源保护区、风景名胜区、生态农业区为基质,以伊通河和开发区内主次干道及其绿化带为廊道,以森林公园、旅游度假区、大小水库、各类型用地为斑块的土地利用功能组织和空间管制模式.这种模式是基于城市边缘区地域单元自然生态条件和资源环境承载力,在充分考虑地形、地貌、坡度、植被、人类活动及城市化影响下,通过各生态敏感性区域有组织的层次更替、梯度变换来实现人与自然和谐共存的网络型土地利用方式.梯形梯度土地利用空间结构客观反映了开发区经济发展和生态环境保护双重压力下土地利用的一般特征,既保证了经济发展和城市化进程对土地的需求,又实现了城市建设和工业发展对生态环境影响的最小化,是一种环境友好型的土地利用空间结构模式.     

基于BP神经网络模型的磨床部件动态灵敏度分析

利用ANSYS的APDL语言建立磨床部件的参数化模型,计算出磨床部件的动态特性,快速采用得到BP神经网络模型的学习样本,建立基于BP神经网络的动态分析模型,将磨床部件结构参数与其动态特性之间的关系反映为神经网络模型的网络输入与网络输出之间的数学关系,从而方便地,快速地对磨床部件进行了动态灵敏度分析,结果表明,在BP神经网络模型上进行磨床结构优化要比在有限元模型上方便,快速,该方法特别适用于对大型复杂结构的优化设计计算。     

Functional design of wind turbine airfoils based on roughness sensitivity characteristics

To improve aerodynamic performance of wind turbine airfoils,the shape profile characteristic of the airfoil is investigated.Application of conformal transformation,one functional and integrated expression of wind turbine airfoils is presented.Using the boundary layer theory,the aerodynamic model with roughness of wind turbine airfoils is introduced by studying flow separation around the airfoil.Based on the shape expression and aerodynamic performance of airfoils,the function design of wind turbine airfoils is carried out that the maximum lift-drag ratio and low roughness sensitivity are designed objects.Three wind turbines airfoils with different thickness are gained which are used at tip part of blades.As an example,the aerodynamic performance of one designed airfoil with relative thickness of 15% is simulated in different conditions of clean surface,rough surface,laminar flow and turbulent flow.The comparison of aerodynamic performance between the designed airfoil and one popular NACA airfoil is completed which can verify the better performance of the designed airfoil and reliability of the designed method.     

基于粒子群优化算法的环状管网优化设计

给水工程中环状管网的优化设计对于降低整个工程造价起到重要作用.基于粒子群优化算法的基本原理,引入了无纲量化的新理念进行建模,寻求目标函数w0(管网年费用的折算值)在水力约束条件下的最小值.采用粒子群优化算法求解该非线性规划模型.算例结果表明算法及其模型在环状管网优化设计中是非常有效的.计算的时间复杂度降低了26.89%左右,充分体现了粒子群优化算法具有较强的寻优能力.