基于灵敏度分析的车门轻量化研究

利用Hyperworks建立某车型车门的有限元模型,对车门固有频率、下沉刚度进行求解,并通过模态试验验证了有限元模型的有效性。为了提高结构优化效率,采用灵敏度分析方法确定对车门质量、下沉刚度和一阶固有频率敏感的部件。然后,以质量和下沉刚度为设计目标,一阶固有频率为约束条件对车门相应部件厚度尺寸进行多目标优化设计。计算结果显示,优化后的车门质量下降明显,下沉刚度有所提高,且一阶固有频率基本保持不变,实现了结构的轻量化目标。     

基于径向基函数神经网络模型的车门结构多目标优化

建立了某轿车车门的有限元模型,利用灵敏度分析筛选出对模态和刚度性能比较敏感的关键钣件厚度作为设计变量,采用拉丁超立方试验设计进行样本设计,使用径向基函数(RBF)神经网络模型拟合车门质量、垂向刚度、侧向刚度及一阶模态频率响应的近似模型.以车门质量最小和侧向刚度最大为目标,以车门垂向刚度和一阶模态频率为约束,应用多目标遗...     

基于系统的轿车车门下沉刚度分析及结构优化

针对轿车车门下沉的问题,以轿车车门为研究对象,建立了车门下沉刚度的有限元模型,对轿车车门下沉刚度的各影响因素进行了分析并优化.就车门在不同的边界条件下,系统地分析了螺栓简化方式、螺栓预紧力大小、铰链、车门钣金及车身钣金对车门下沉刚度的影响,根据实验数据和分析结果给出了改善车门下沉刚度的最佳设计参数.     

多目标优化下汽车车门性能分析研究

文章以车门关键部件厚度为变量,采用拉丁超立方试验设计方法生成20个样本点进行计算,建立了下沉量、凹陷量、一阶模态频率、质量的Kriging模型。其中,凹陷量模型误差较大,引入抗凹刚度进行替代。为了保证合适的质量和模态频率,适当协调车门下沉量和抗凹刚度的要求,并以此为约束,以模态频率最高与质量最轻为优化目标,求得最优解。     

某轿车车门轻量化与疲劳寿命多目标综合优化

为了提高某轿车车门的综合性能,对车门总成进行轻量化和疲劳寿命的多目标综合优化设计。首先建立并试验验证车身及车门总成有限元模型,基于模型分析车门总成装备件质量、结构尺寸、刚度和安装位置等8项参数对车门疲劳寿命的影响;然后,以这8项参数作为优化设计变量建立车门总成多目标综合优化参数模型,以车门总成质量和疲劳寿命为优化目标,以车门框刚度为约束条件,应用多目标粒子群优化算法对车门总成进行综合优化计算,得到Pareto最优解集,依据工程实际选取1组最优解,并依此进行样件试验以验证优化方法的有效性。研究结果表明:在保证车门总成刚度和提高疲劳寿命的同时,车门总成质量减少2.44 kg,说明优化方法是有效的。     

载人潜水器多开孔耐压柱壳多目标优化

为提高载人潜水器多开孔耐压柱壳结构性能,利用Abaqus软件对初始方案进行分析,设计多开孔耐压柱壳参数化分析流程,采用最优拉丁超立方方法在设计空间进行样本的选择及分析,对设计变量对于响应的影响程度进行分析,建立具有较高拟合精度的四阶响应面多开孔耐压柱壳近似模型.以耐压柱壳质量和极限强度为目标函数,基于构建的近似模型建立多开孔耐压柱壳多目标优化模型,利用第二代非支配排序遗传算法进行求解.结果表明,Pareto解集中的解在部分指标上得到优化,但优化的方面和程度不尽相同,为多开孔耐压柱壳优化方案的选择提供了依据.     

汽车板簧支架多目标优化设计模型研究

针对汽车板簧支架多目标轻量化设计问题,提出一种基于最小二乘法拟合的响应曲面近似模型的多目标轻量化设计方法,寻找板簧支架刚度和强度的冗余和不足。同时对一阶Taylor展开式和三种二阶Taylor展开式进行4次拟合比较并与Kriging近似模型进行分析比较,得到更优越的设计模型,为后续汽车重要零部件的静强度及抗疲劳研究提供指导。     

基于近似模型的重载仿生腿多目标优化

针对大型六足机器人在运动过程中腿部刚度不足和振动的问题，提出一种基于近似模型的多目标综合优化方法. 建立有限元模型，分析各类复杂工况下腿部结构强度、刚度 和模态频率等性能，确定仿生腿的优化空间. 对仿生腿静态及动态性能建立参数化模型，定义相应的设计变量，采用优化拉丁超立方方法分别对仿生腿基节、大腿和小腿模块进行试验设计，获取初始样本点，拟合各模块响应面模型、克里格模型和径向基函数神经网络模型，通过误差分析选定精度最高的近似模型，并联合第二代非支配排序遗传算法，以静态刚度、质量和首阶固有频率为目标，约束最大应力，对仿生腿进行优化设计，对优化后的结果进行分析验证. 结果表明，重载仿生腿经所述方法优化后，在满足结构强度的前提下，平地工况最大变形下降9.73％，斜坡工况最大变形下降9.46％，首阶固有频率提升3.45％，仿生腿总体质量下降8.63％.     

基于网格变形技术的车身改型多目标优化

文章结合灵敏度分析理论从汽车白车身中筛选出最佳的形状和厚度设计变量,并运用优化超拉丁立方模型构建在设计空间内均匀分布的样本矩阵,进而对由网格变形商用软件DEP Meshworks/Morpher生成的样本模型进行模拟计算,通过Matlab软件拟合高精度的四阶响应面模型,运用改进的非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA_Ⅱ)以改型车白车身扭转刚度提升10%作为约束,以弯曲刚度和车身质量作为目标进行多目标优化。研究表明,通过网格变形技术建立的形状参数和厚度参数并结合相关的优化理论可以有效地实现车身性能的多目标优化,得到的Pareto最优解集可以在汽车改型设计的初期为设计者提供重要的参考依据。     

响应面模型与多目标遗传算法相结合的机床立柱参数优化

针对传统方法在复杂机械结构优化设计中的低效性和局限性,提出了一种将响应面模型与多目标遗传算法相结合的优化设计方法.采用拉丁超立方试验的设计方法,在设计空间抽取样本点并进行数值模拟,建立了由7个设计参数所决定的立柱最大变形、首阶固有频率及质量的初始二阶响应面模型.利用多目标遗传算法对响应面模型进行循环逼近优化,得到了Pareto最优解集.仿真结果表明,在质量不变的条件下,优化解可使立柱首阶固有频率增加15.9%,导轨处最大变形减小7.7%,可通过有限次数的数值模拟计算获得设计空间内的近似最优解,因此较适用于机床及类似复杂结构的多目标多参数的优化设计.     

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%.     

基于复形调优法的复合材料身管优化

通过结构优化设计可以获得重量轻刚度好的复合材料火炮身管。根据设计要求,建立复合材料身管结构优化模型,以各层材料厚度和复合材料层的缠绕角为优化设计变量,身管强度和重量为约束条件,身管刚度为优化目标。结合有限元计算模型和复形调优法,建立复合材料身管结构优化的求解框架,并进行了编程求解。优化算例表明,复合材料身管在满足强度和减重要求的条件下,一阶固有频率提高了12．14％。     

炭纤维复合材料应用于汽车后背门的设计与优化

以某SUV纯电动汽车的后背门为研究对象,利用有限元优化设计方法,以T300牌号炭纤维复合材料代替钢对汽车后背门进行轻量化的重新设计,通过自由尺寸优化、尺寸优化和铺层次序优化三个阶段对后背门炭纤维复合材料的铺层进行优化,并对优化后的炭纤维后背门各项性能参数进行分析。结果表明,相对于原钢制后背门,优化后的炭纤维后背门的扭转刚度、弯曲刚度、侧向刚度、扭转模态频率和弯曲模态频率等性能指标均得到不同程度的提升,且质量由原来的16.70kg降至8.32kg,减重率达到50.2%,轻量化效果明显。     

考虑失稳模式的环肋圆柱壳结构优化设计

利用ANSYS参数化建模与遗传算法相结合的方法进行结构优化,研究了总长和半径一定的环肋圆柱壳以质量最轻为设计目标,满足强度和稳定性要求的最优壳体厚度、肋骨尺寸及肋距的优化设计问题.为了解决优化设计过程中难以确定稳定性约束条件而导致优化结果并非全局最优解的问题,提出了基于ANSYS路径映射技术与MATLAB根增量搜索方法相结合的判断方法,以自动判断优化过程中模型的失稳模式,并通过环肋圆柱壳的优化设计实例验证其有效性.结果表明,所提出的失稳模式判断方法有效可行,优化算法能够在较短时间内收敛到全局最优解.     

基于变密度法的山地自行车关键连接结构件拓扑优化设计

针对山地自行车减震器端和车架连接端的关键结构部件的轻量化设计问题,构建等比例三维实体模型,并采用变密度理论的拓扑优化方法,以最大化刚度为优化目标,以设计空间总体积和质量作为约束条件,对山地自行车结构部件进行拓扑优化再设计。优化求解获得一个新型的连接结构件,并对该结构在实际工况下的Mises应力、最大位移和安全系数等进行仿真校核,通过优化前后结构的分析结果综合对比,发现在保证结构部件强度、可靠性的前提下,该结构部件实现减重约50%,极大节省材料消耗。     

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。     

钢结构防护门结构优化的数值分析

为了评估现有钢结构防护门门扇结构设计的合理性,进一步优化其结构构件的合理布局,以典型钢结构防护门为研究对象,应用AN SYS有限元软件,建立了参数化有限元模型和优化数学模型,用AN SYS参数化设计语言编制了有限元分析文件及优化控制文件,对防护门的截面和骨架梁布置方式进行了优化计算与分析,并研究了优化后防护门抵抗核爆炸和常规武器爆炸的能力。研究结果表明,将有限单元法与优化设计方法相结合应用于钢结构防护门的计算机辅助优化设计是可行和有效的。     

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。     

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.