基于混合灵敏度的某自卸车车厢结构优化设计

基于HyperMesh对某款自卸车车厢结构进行有限元建模,选取了水平弯曲工况和扭转工况进行有限元分析,得到了不同工况下的最大应力和变形,验证了模型的有效性;并对进行了自由模态分析,选取前10阶的固有频率和振型。在分析结果的基础上,以弯、扭刚度及一阶弯、扭模态频率为约束;以车厢结构总质量最小为优化目标,对34组设计变量进行直接灵敏度分析和混合灵敏度分析,得到了4组对结构性能敏感变量及16组不敏感变量,并对4组变量进行厚度增加及16组变量进行减薄处理。最后对选取的20组变量进行模型重构,对优化前后的结构性能进行对比,结果表明在不影响其他性能的前提下,减重9.8 %,取得了较好的优化效果。     

尾座箱体的特性分析与优化

建立了高刚度数控机床的尾座箱体模型。通过运用Hyperworks软件,对其进行了有限元分析。获得了尾座箱体模型的变形、应力、低阶频率等相关性能。进一步对其进行拓扑优化,改变了尾座箱体的结构,提出了优化方案。该方案在保证最大变形,最大应力增大,低阶频率保持基本不变的情况下,可使重量减轻4.24%,减低了箱体的运动惯性,有利于提高箱体的控制性能。     

基于多目标的汽车前端框架拓扑优化

针对汽车前端框架的结构和工况特点,建立基于Hyperworks的有限元模型,运用带权重的折衷规划法定义综合目标函数来进行多目标拓扑优化,通过灰色关联法和层次分析法分别计算静态多工况下柔度的权重以及动态低阶频率的权重。结果表明：优化后的汽车前端框架最大变形、最大应力分别降低了21.67%、34.39%;第一阶模态提高了10.56%;质量从3.55kg降低到3.32kg减轻了7%。采用多目标拓扑优化后的汽车前端框架不仅有效提高刚度、强度和固有频率性能基础,还能促进汽车前端轻量化水平的提升。     

空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计

针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm,均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。     

螺栓连接纵向安装边机匣的有限元分析与优化

针对航空发动机螺栓连接纵向安装边机匣的结构特点,运用有限元优化设计方法,建立了螺栓连接纵向安装边机匣的有限元计算模型,利用有限元软件进行了应力分析与模态分析,获得了螺栓连接纵向安装边机匣的最大等效应力和前4阶固有频率以及相应的振型,并对纵向安装边的几何参数进行了应力灵敏度分析和动态特性灵敏度分析。在此基础之上,确定了纵向安装边主要设计参数的变化对结构最大等效应力和低阶固有频率的影响规律。通过修改设计参数对螺栓连接纵向安装边机匣结构进行优化,提高了结构强度和动态性能,为螺栓连接带纵向安装边机匣设计提供了依据。     

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%.      

消防多功能抢险车油缸连杆机构的优化

针对某消防多功能抢险车油缸连杆变幅机构变形失效问题,采用Creo、Adams与Ansys软件建立油缸连杆机构和履带车力学模型,仿真分析履带车运动过程中连杆各铰点受力情况。结果表明:连杆变形失效的主要原因是其多处位置强度超过材料许用应力。以最大力为边界条件,利用有限元方法对抢险车油缸连杆进行强度分析,并以油缸连杆铰点最大受力值为优化目标,采用灵敏度分析、优化设计的方法对油缸连杆各铰点进行优化。仿真结果表明:优化后连杆各铰点受力峰值降低50%,最大应力值为20814 MPa,比优化前降低513%,小于材料的许用应力,产品未发生变形失效,优化方案有效。     

龙门导轨磨床立柱动静态特性分析及优化设计

以MM52160导轨磨床立柱为研究对象,首先采用Spaceclaim软件建立龙门导轨磨床立柱的三维实体模型,并利用Hypermesh有限元软件对该模型进行前处理,建立立柱的有限元模型。对该有限元模型进行动静态特性分析,然后以立柱的质量作为目标函数,最大变形量作为约束函数,选择对立柱性能影响较大的灵敏度尺寸作为优化设计变量,进行多目标尺寸优化。优化后立柱的整体质量减少了113.2 kg,减少量约为总质量的7.3%;最大变形量减小了2.833μm,减小量约为总变形量的10.7%。实现了在保证立柱刚度的前提下,立柱的质量和最大变形量降低的目的。     

拓扑优化在单缸机缸体轻量化设计中的应用

为将三维拓扑优化技术应用于发动机气缸体轻量化设计中,对采用变密度拓扑优化方法的拓扑优化技术进行了研究．以缸体上施加最大爆发压力工况为边界条件,以缸体总柔度最小化为优化目标,以缸体重量为约束条件,对缸体进行拓扑优化．拓扑优化后的结构考虑加工、装配等因素,进行合理的重新建模后,分析了最大爆发压力工况和最大侧向力工况的气缸体应力分布,两种工况下优化后的缸体最大应力比原气缸体降低,应力分布更加均匀．结构优化方法用于缸体的等强度轻量化设计中,很容易确定缸体的最佳形状,并能减少重复设计验证的次数。     

塔式起重机臂架腹杆布局及尺寸优化设计

为实现塔式起重机臂架布局和尺寸的优化,提出了桁架结构拓扑及尺寸两阶段优化设计方法.第一阶段先建立臂架的周期性板梁拓扑优化模型,使用周期性SKO方法对腹板进行连续体拓扑优化,得到优化的腹板拓扑构型,并通过提取主应力路径将优化的腹板拓扑结构转化为离散的腹杆布局;第二阶段以臂架腹杆截面半径为设计变量,臂架柔度为目标函数,材料体积为约束条件建立优化模型,基于Lagrange乘子法和库恩塔克条件推导腹杆截面尺寸优化迭代准则,基于欧拉公式推导了腹杆稳定性约束条件以保证尺寸优化过程中臂架稳定性.数值分析结果表明,该优化方法能有效地减轻臂架结构质量,提高臂架的刚度,减少变形并降低结构应力水平.     

渐进结构优化方法在联轴器优化设计中的应用

针对联轴器优化设计中普遍关注的结构轻量化和最大应力最小化问题,借助Hyperworks 有限元分析软件,采用渐进结构优化方法,对SSWZ330 型十字轴万向联轴器进行了结构拓扑优化设计。优化后,可使材料节省9． 17%,工作时最大静应变减少2． 3%,最大应力减少52． 1%,改善了结构性能,减轻了结构重量,拓展了Hyperworks 软件在机械部件结构拓扑优化设计领域的实际工程应用。     

圆柱滚子轴承动静态有限元分析

通过SOLIDWORKS三维软件对圆柱滚子轴承进行建模,并利用ANSYS有限元分析软件对圆柱滚子轴承进行合理的加载和求解,经过Block Lanczos方法的模态分析得到前6阶的固有频率、振型以及共振下的薄弱部位;经过加载极限动载荷值94kN下的静态分析得到工况下的最大应力值、变形值以及变形、应力的分布规律,对圆柱滚子轴承的刚度进行了校核,为轴承的结构优化提供建议和方法.     

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.      

基于变密度法的电解加工机床结构优化设计

为了提高复杂型面/型腔零件电解加工的精度和质量,开展了可实现直线和旋转复合进给运动的卧式电解加工机床的优化设计工作。使用UG软件对卧式机床进行三维建模,并将简化后的机床模型导入ANSYS Workbench软件中进行静力学分析,依据变形分布云图和应力分布云图分析机床结构刚度;对运动台结构进行模态分析,确定前6阶固有频率和振型,并采用变密度拓扑优化方法进行优化设计;最后,在考虑结构工艺性的基础上进行了结构再设计,实现了机床的轻量化设计目标。所研制出的电解加工机床具有足够的刚度和稳定性,可以满足实际加工的要求。研究结果对电解加工机床的设计应用具有一定的参考价值。     

基于频率约束的连续体拓扑优化方法的研究

基于有限元方法,探讨了单元对系统特征频率的敏感度分析方法,得到了对系统特征频率贡献最小单元的敏感度计算公式.建立了以第1阶固有频率为约束,以结构件质量最小为目标函数的优化模型.在算例中通过对结构件进行有限元模态分析和试验模态分析,保证了模型的正确性.在分析的基础上,根据结构设计的要求,采用Optistruct对结构件进行了拓扑优化.通过拓扑优化,在理想状况下,结构件的质量大幅度地减小,获得了满足设计要求的结构件材料的重新分布图.     

附着式振动器机座优化分析研究

使用UG建立振动器机座三维模型,对模型进行简化后导入有限元分析软件ABAQUS对其进行模态分析和力学分析,得出机座各阶模态的固有频率和受力及位移分布情况,根据分析结果找出结构薄弱处提出优化方案,并对优化后的结构进行有限元分析比较,为该类产品优化设计提供参考依据.     

张骥《关学宗传》的学术史意义

为了提高拓扑优化在实际工程应用中的速度,将一种基于拓扑灵敏度的拓扑优化算法与免组装有限元法结合,对汽车悬架控制臂进行多工况拓扑优化.该方法使用一致的体素单元划分网格,用压缩共轭梯度法(DCG)加速有限元的求解,得到结构的应力和应变场,从而获得拓扑灵敏度场,用来控制结构拓扑变化.通过添加多工况优化以及加工约束功能,使该方法更符合工程应用的要求.通过对比,该方法和商用软件能够获得性能接近、形状相似的优化结构,而整个优化过程的速度有显著提高.     

基于ANSYS的监测装置清洗轮优化设计

介绍了一种新型密闭容器料位监测装置的设计方案。基于ANSYS平台对监测装置的关键零部件清洗轮进行静力学分析,结果显示存在结构冗余。为获得更好的动力学性能,采用拓扑优化和多目标尺寸优化相结合的设计方法,以最大变形量、最大等效应力作为约束条件,对清洗轮进行了以减轻总质量为目标的结构优化设计研究。分析结果表明:与原设计方案相比较,优化圆整后的清洗轮总质量为0.998 kg,相比优化前的1.526 kg,质量减少34.60%;最大等效应力37.215 MPa小于材料的许用压应力110 MPa,说明力学性能满足要求;最大整体变形量为0.023 mm,满足最大整体变形0～0.25 mm的设计需求。     

基于柔顺机构的风力机叶片变弯度前缘结构设计

为实现风力发电机叶片的自适应变形及结构轻量化,叶片前缘采用柔顺机构设计。以实际位移与目标位移差值及最大应力为约束,以材料用量最小为目标,采用变密度法对柔顺机构进行拓扑优化设计。以双程形状记忆合金丝作为驱动器驱动前缘柔顺机构自适应变形。研究结果验证了柔顺机构及拓扑优化结果的可靠性,为大型风力发电机叶片柔顺机构的设计提供了借鉴;同时也验证了双程形状记忆合金丝作为智能驱动器具有工程发展应用的前景。     

高强度钢板复杂零件的冲压压边圈拓扑优化

在分析冲压模具结构的基础上,提出了冲压模具结构拓扑优化方法,建立了以减重为目标的高强度钢板压边圈优化设计方法,并以DP590轿车侧向高强度双向钢底板拉深压边圈为例加以验证.结果表明:与按准则的设计相比,采用拓扑优化设计的压边圈可以减重50%,且其结构的关键位移及最大应力均未受到影响.