面向车身结构轻量化设计的水平集拓扑优化

提出了一种基于水平集拓扑优化的车身结构轻量化研究方法,该方法非常适合于处理车身结构设计中大量存在的多孔连续性结构体的拓扑优化.运用构造的基于水平集的数值方法,对车身近似二维的典型结构件发动机罩内板进行拓扑优化.结果表明,基于水平集的拓扑优化方法应用于车身结构轻量化研究是可行和有效的.     

基于变密度法的结构强度拓扑优化策略

基于变密度法的结构强度拓扑优化中,优化结果存在灰度单元,导致结构应力水平难以准确预测,后处理前后结构应力水平变化较大.该研究通过采用基于过滤-投影的结构参数化方法,实现在迭代优化过程中结构中间密度单元比例不断下降.通过研究结构比强度问题主要优化参数对寻优过程、优化结构强度的影响规律,提出了先结构拓扑优化、后近似形状优化...     

结构拓扑优化理论及其在桥梁结构找型中的应用

从物理模型、数学模型和优化算法三个方面系统阐述了结构拓扑优化的基本原理.通过实例介绍了应用拓扑优化技术进行桥梁结构找型的方法,并展示了拓扑优化中结构衍化过程及优化结果.针对目前结构拓扑优化技术运用在桥梁找型中所面临的困难,探讨了未来研究的方向.研究表明,结构拓扑优化方法可以在桥梁概念设计阶段得出合理而新颖的结构形式,在桥梁找型方面具有良好的应用前景.     

塑料后尾门的拓扑优化及其轻量化研究

针对某款集成塑料SUV汽车后尾门部件,建立不同工况下约束和设计目标的一体化模型,以最小质量为优化目标和不同区域厚度为优化变量进行轻量化拓扑优化分析。并对轻量化后的集成塑料后尾门进行刚度和强度的力学性能验证。结果表明：拓扑优化经过8次迭代后,其质量可从1.077×10^-2MIN降为8.830×10^-3MIN,实现减重20%的轻量化目标。试验结果发现轻量化后的样品刚度和强度等力学性能指标,能满足塑料后尾门力学性能要求。拓扑优化分析为集成塑料后尾门的轻量化设计提供了有效参考。     

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。     

EFG法在拓扑优化中的灵敏度分析与应用

针对传统拓扑优化过程中所出现的数值不稳定性现象,以节点相对密度为设计变量,结构的柔度最小化为目标函数,提出了一种以无网格Galerkin法为数值分析方法的结构拓扑优化数学模型。利用SIMP插值模型和优化准则法,推导出其灵敏度分析算法,并编写了相应的计算程序,完成了两个连续体结构的拓扑优化。所得结果与基于有限元法的拓扑优化结果对比显示,应用无网格Galerkin法对结构进行拓扑优化设计,不仅能有效抑制棋盘格现象,且具有较好的迭代收敛性。     

多目标优化在车门轻量化设计中的应用

为提高车门刚度并考虑轻量化的要求,提出以拼焊板车门下沉刚度和质量为优化目标,基于车门下沉刚度和窗框刚度两种工况,采用最优拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,使用kriging模型拟合下沉刚度、窗框刚度、塑性变形量响应的近似模型,使用响应面模型拟合质量的近似模型.利用NSGA-II遗传算法进行寻优,得到车门质量和下沉刚度的pareto优化解集,并对优化解进行验证,最终得到理想的优化结果.     

起重机伸缩臂截面拓扑优化

将拓扑优化应用在起重机臂架截面结构设计中,可以解决起重机伸缩臂结构的最优分布问题,从而提高起重机伸缩臂的力学性能,减轻臂架自重.分析拓扑优化中材料变密度法及其相关参数对拓扑优化结果的影响,采用结构力学中的拓扑优化方法建立了伸缩吊臂的拓扑优化数学模型.利用HyperMesh软件建立起重机臂架的有限元模型,并用OptiStruct软件进行优化分析,获得了最优的臂架截面拓扑图.优化结果表明数学模型是合理的,拓扑优化应用在起重机臂架截面设计中是有效的.     

整体叶盘磨抛机床叶片型面磨头结构拓扑优化设计

针对航空发动机整体叶盘磨抛机床叶片型面砂带磨头结构的轻量化设计目标,对磨头支撑板开展变密度法拓扑优化设计.在完成磨头静动态分析的基础上,进行了变密度法拓扑优化理论分析.以磨头支撑板最优材料分布为基础,对磨头结构开展轻量化布局以及尺寸优化,获得了最终的磨头结构设计参数.结果表明,优化后磨头质量总体来说相比原始结构减轻了8.74%,并在动静力学性能方面获得了较为理想的提升,较好地实现了磨头结构减重优化设计目标.     

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%.      

发动机附件支架多工况拓扑优化研究

文章采用Optistruct软件提供的优化方法,对某发动机附件支架进行多工况拓扑优化分析;以附件布置的剩余空间为基础创建初始结构,并对其实施静态和模态分析;依据计算结果及设计要求实施以位移和模态频率为约束条件的拓扑优化分析;参考优化后的最优拓扑并结合工艺要求,确定支架设计方案并对其进行验算.实践证明,该方法能有效地在有限的空间内给出质量最轻、刚度最大的支架结构.     

发动机缸孔变形实验及数据分析

发动机活塞与气缸的配缸间隙是极为重要的技术参数,如果间隙太大,会引起密封不良(漏气、窜油)、动力下降;太小则会使活塞裙部没有膨胀的余地,接触压力超过活塞和气缸之间的油膜所能承受的挤压强度(一般4.9~9.8 MPa),润滑油膜将被破坏,引起粘着磨损(拉缸)故障。从发动机研发阶段直至其生产制造过程中都需稳定控制气缸盖装配前后的缸孔变形量,这对发动机的整机性能的稳定发挥及提升工作具有极其重要的作用。     

纯电动汽车车身多目标拓扑优化设计

为解决纯电动汽车车身设计中仍沿用传统车身,未同时考虑碰撞相容性和正面碰撞安全性的问题,基于混合元胞自动机拓扑优化方法,以在约束条件下吸收碰撞能量最大化为优化目标,对车身结构进行多工况概念设计,从而确定出合理的电动汽车车身布局,设计出了一种满足正面碰撞安全性与碰撞相容性的车身头部结构.结合拓扑优化结果进行有限元模型验证与厚度分析,结果表明:2~3mm的汽车头部厚度可在满足正面碰撞安全性条件下平衡碰撞过程中车体结构的纵向错位,保证碰撞力的均匀分布,实现车身轻量化.     

拓扑优化均匀化方法的改进迭代算法

针对大型连续体结构拓扑优化中迭代步过多、计算时间过长的问题,对拓扑优化均匀化方法进行了改进,并通过引入的2个密度阈值来控制计算过程.算例表明,采用改进的拓扑优化均匀化方法可有效减少迭代步数、节省计算时间,且不会影响拓扑优化计算结果.     

多目标拓扑优化下电动汽车头部结构优化设计

为了优化某全概念设计的新型纯电动汽车头部结构,采用有限元仿真与正交设计相结合的方法,在保障碰撞安全性的前提下,以实现最优比吸能和轻量化为目标,对纯电动汽车头部进行优化,并将优化得到的头部结构进行碰撞安全性分析验证,从而确定满足目标的最优结构。     

柴油机机体辐射噪声预测及低噪声改进设计

为降低柴油机的整机噪声,采用虚拟预测技术对发动机的机体进行了低噪声改进设计.首先建立了由柔性机体、柔性曲轴和刚性连杆、活塞、平衡轴组成的单缸柴油机的多体动力学模型.通过动力学仿真求解得到传递给机体的各种激励力,再根据FEM/BEM耦合的方法求解出整机的辐射声功率级,仿真得到的结果与实验结果吻合较好.最后通过对原机体的结构进行改进设计,不仅降低了整机的声功率级,减小了机体对油底壳、齿轮室盖的激励,还节省了约5 kg的材料.     

结构拓扑及参数优化研究的发展

首先介绍了关于结构优化的基本问题,然后按其分类方式阐述了各种优化方法的研究现状,最后对结构拓扑优化中的常用算法及其常见的数值不稳定现象进行了分析.     

结构拓扑优化方法在拱式渡槽拱轴线设计中的应用

针对拱式渡槽拱轴线的受力特点,建立拱轴线拓扑优化模型,并将结构拓扑优化方法生成的拱式渡槽拱轴线与相同矢跨值的圆弧拱轴线和二次抛物线拱轴线进行了对比.结果表明,由结构拓扑优化方法生成的拱轴线,自重作用下的弯矩值以及相同均布荷载作用下的应力值都比相同矢跨值的圆弧拱轴线和二次抛物线拱轴线小.这说明连续体结构拓扑优化方法可应用于作用荷载相对均匀的拱式渡槽拱轴线设计.     

基于均匀化理论的拓扑优化算法研究

在研究均匀化理论和拓扑优化理论基础上，推导了复合材料的均匀化求解方程，并将均匀化理论应用于拓扑优化中，推导了基于均匀化理论的二维拓扑优化求解算法。