汽车装配四柱升降机支撑结构的设计及拓扑优化

为增强汽车装配四柱升降机支撑结构的稳定性,提出一种以拓扑优化设计为创意原型的渐进式迭代设计流程。设计了升降机结构初始方案,利用有限元分析软件对初始设计方案中的支撑结构进行了非线性屈曲分析,得到总变形和等效应力云图,确定了支撑结构中需加固设计的空间;采用拓扑优化软件Inspire对加固件进行拓扑优化设计,以设计结果为创意原型,拓展出3种结构变型方案,并对其进行静力学分析,优选出最终方案。通过模态分析计算,验证了新型支撑结构可满足工况要求,具有足够的承重能力和稳定性。     

抽油机支架的有限元动态性能分析

应用有限单元法对电动机换向抽油机支架进行了动态特性分析,建立了支架模态的有限元分析模型,计算并分析了抽油机支架一阶到九阶模态的固有频率和振型,并进一步对支架结构尺寸改变引起模态变化的情况作了分析.结果表明:所研究的抽油机支架的各阶模态频率偏低,且各阶模态均影响支架的整体稳定性,进而指出可以通过改变支架结构尺寸或结构优化方法来提高支架的固有频率.     

铰链支架静不定结构的有限元分析

铰链支架结构通常以集中力的形式传递结构所受的载荷,对铰链支架结构进行拓扑优化、尺寸优化和形状优化,可使结构在满足强度、刚度要求的条件下重量达到较轻的水平。优化后的铰链支架结构多为较复杂的静不定结构,在结构分析中,由于多余的约束反力及相应的变形协调条件较多,工程计算方法较为复杂,对计算方法进行简化后难以保证方法的准确性和可靠性。该文采用有限单元法对结构进行分析计算,并求出结构的应力分布及薄弱剖面的内力,对铰链支架静不定结构的强度校核工作具有典型意义。     

基于多目标的车身结构静动态参数协同优化

文章建立了某小型休闲车(small recreation vehicle,SRV)车身结构有限元模型,通过数值计算与试验模态的对比分析验证了模型的准确性;对白车身的弯曲、扭转刚度进行分析同时关注车身的低阶模态频率,提出了一种以静态多工况结构刚度和振动频率为目标函数、基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法;用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,以平均频率法确定振动频率目标函数,得到了同时满足静态刚度和低阶振动频率要求的白车身的结构拓扑。该文方法实现了静态刚度和低阶振动频率的协同优化,优化结果显示车身刚度和低阶频率值均有所提高,结构更趋于合理。     

折叠电动车主折叠机架的轻量化设计

以折叠电动车主折叠机架为对象,利用有限元对其进行轻量化设计.运用Solid Works建立主折叠机架的简化三维模型,导入到ANSYS Workbench中进行静力学分析,并利用拓扑优化和尺寸优化的方法对主折叠机架连杆进行轻量化设计.结果表明:原始折叠电动车主折叠机架在3种工况下有可优化的空间,进行拓扑优化后主折叠机架由10.97 kg变为10.48 kg,减轻了4.47%;对拓扑优化后的结构进行力学分析,发现主折叠机架还有进一步优化的空间.在拓扑优化的基础上,通过尺寸优化的方法对主折叠机架的槽型折弯件的截面尺寸进行轻量化设计,其质量变为8.72 kg,两次优化主折叠机架共减轻了20.51%,轻量化效果明显.     

车架结构二次拓扑优化设计与性能分析

针对重型车底盘车架的设计问题,提出一种基于多工况和二次局部优化的整体拓扑优化方法.根据商用车底盘实际尺寸,建立其结构拓扑优化模型.基于7种典型行驶工况得到初始拓扑结构,再根据不同工况对其局部二次拓扑优化得到最终车架优化结构,最后对其进行有限元仿真对比分析.结果表明:新车架结构质量减轻约30 kg,其刚度、强度及模态性能与原车架相比均有一定程度的改善,验证了所提出的二次拓扑优化方法的有效性.     

离散变量桁架结构拓扑优化的杂交算法

为了加快遗传算法的进化过程,提出了遗传算法和拟满应力算法相结合的杂交算法,并将它应用于离散变量桁架结构的拓扑优化问题·在对桁架结构受力分析的基础上,提出一种启发式方法对随机生成的拓扑结构形式作必要修正,以快速产生符合机动性要求的拓扑结构形式·利用遗传算法进行桁架结构拓扑优化,用拟满应力算法进行截面优化,并将截面优化的结果传递给遗传算法作为拓扑优化中遗传操作的根据,这样大大减少单纯用遗传算法进行优化的解空间,从而加快搜索进程·算例的结果表明,该方法用于桁架结构拓扑优化是简单、快速和有效的·     

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.     

风机叶片维修平台的力学性能分析及优化设计

目的分析风机叶片维修平台的力学性能,对其进行优化调整,解决供能设备未来维修风险问题.方法应用Solidworks软件建立风机叶片维修平台的三维模型,并将模型导入到ANSYS Workbench中建立有限元模型,在额定载荷、额定偏载和超载三种工况下进行静力学分析,对平台的刚度、强度进行校核;应用ANSYS Workbench中的拓扑优化模块进行优化;在Solidworks中对拓扑优化结果进行调整,得到最终设计方案.提取平台的前6阶模态,得到其固有频率及振型图.结果经过对模型的优化,在三种工况下平台的最大变形为1.61 mm,最大等效应力为110.65 MPa,满足设计要求.模态的提取为避免结构共振提供了理论依据.结论所设计的风机叶片维修平台安全可靠、拆装方便、便于转场运输,有较强的可用性;通过对所设计的平台进行优化设计及静力学验证,在比原始模型减重24.2%的情况下满足设计要求,为相关产品的设计提供了参考依据.     

卡车板簧支架拓扑优化设计

在HyperWorks中建立板簧支架的有限元拓扑空间和非拓扑空间。通过拓扑优化建立板簧支架的最优化设计方案．根据拓扑结果,在CATIA中建立板簧支架模型,然后对该模型进行强度分析。验证设计的合理性。     

载货车驾驶室的静力模态刚度灵敏度

驾驶室与车架在整车安装的环境下具有复杂耦合关系,针对这一复杂的优化问题,引进了静力模态刚度概念,定义了静力模态刚度灵敏度,推导了计算静力模态刚度灵敏度的方法.该方法已应用在整车安装环境下驾驶室的设计分析.在分析中,采用了整车有限元模型,将驾驶室分为15个超单元.结果表明所得的静力模态刚度灵敏度可以用来改进驾驶室设计.     

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。     

悬架控制臂多目标拓扑优化

为了对悬架控制臂进行轻量化,并保证轻量化的悬架控制臂仍能满足动静态性能要求,采用了多目标拓扑优化的方法。首先以控制臂为柔性体在Adams/Car中建立悬架刚柔耦合模型并对该模型进行多体动力学分析,从而得到悬架控制臂在制动、转向及过凸包等极限工况时的边界条件;然后采用惯性释放的方法对悬架控制臂进行有限元静力分析及模态分析,并根据结果分析其动静态性能;再运用折衷规划法对该悬架控制臂进行多目标拓扑优化,并通过正交试验的方法确定目标函数的权重。最终得到的新控制臂模型重量比原模型降低18.1%,总体刚度及低阶频率都有提高,各极限工况应力均小于许用应力。结果表明,轻量化的悬架控制臂满足性能要求,验证了设计的合理性。     

设计参数对行星齿轮传动系统模态能量灵敏度的影响

基于矩阵摄动方法研究了设计参数对行星齿轮传动系统模态能量的灵敏度.此处所计及的设计参数包括太阳轮与行星轮、内齿圈与行星轮的啮合刚度、行星轮的支承刚度以及各构件的转动惯量.系统模态能量与系统的振动强度密切相关,高的模态能量预示着当系统受到来自齿轮啮合动载荷激励时将发生较大的振动.采用集中参数法建立了行星齿轮传动系统的动力学模型,并采用矩阵摄动方法对模态能量特征灵敏度问题进行了推导和求解.结合具体实例,分析了各设计参数对系统模态能量的灵敏度,并通过实验验证了一些设计参数选择对系统振动强度的影响.实验结论与理论分析相吻合,在一定程度上验证了设计过程中采用模态能量灵敏度分析法预估参数选择对系统振动强度的影响是可行了.     

海洋平台局部振动模态分析

应用有限元分析软件,建立了W12 1上压缩机局部安装平台的有限元模型,并根据压缩机安装平台局部振动响应的周期与压缩机振动周期呈现较强一致性的现场测试结果,对模型进行了合理的简化。利用此有限元模型进行了振动模态分析。结果表明,平台结构的不合理所造成的平台局部刚度不足引起平台模态振动畸变,是引起平台振动过大的主要原因。增加平台横梁刚度和改变平台底部斜撑位置等措施能消除模态振动畸变,有效地抑制平台过大的振动。增加平台横梁刚度抑振措施适合已建平台的改造,而改变平台底部斜撑位置的抑振措施只适合在建平台。     

基于拓扑优化的复合材料汽车座椅骨架设计

为满足汽车座椅轻量化和安全性的需求,综合采用轻量化材料和结构拓扑优化设计技术,提出了一种碳纤维复合材料乘用车座椅设计方法.新型座椅骨架由碳纤维层合板外壳和短切碳纤维加强筋两部分组成.首先,为提高座椅结构刚度和稳定性,利用结构拓扑优化技术在碳纤维层合板外壳区域内布置合理的加强筋,然后,通过优化碳纤维层合板外壳,提高结构整体刚度,降低骨架质量.结果表明,与参考钢制骨架相比,新型座椅骨架不仅整体刚度得到大幅提升,而且质量减少了30.72%,有显著的轻量化效果.     

动力总成悬置支架拓扑优化研究

采用结构拓扑优化方法,对动力总成悬置支架进行了优化.在最优拓扑结构的基础上进行结构修改后,一阶固有频率明显提高,而重量有所减小.从加强筋的优化结果来看,在平行于一阶弯曲振型方向上布置加强筋,可获得较好的效果.研究表明,在产品的概念设计阶段采用拓扑优化方法,能给产品的详细设计提供一个很好的基础.     

约束阻尼结构拓扑优化设计的进化算法

约束阻尼结构的阻尼材料优化布局是约束阻尼结构振动控制设计中的关键问题,它直接影响到振动能量耗散与全局能量流分布。在约束阻尼结构设计中引入拓扑优化渐进优化算法,以约束阻尼胞单元为设计变量,建立以模态阻尼比为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。分析结构模态阻尼比相对于阻尼胞单元位置的敏度,导出灵敏度计算表达式。提出基于渐进优化算法的优化准则,通过逐步删除利用率低的材料,使目标模态阻尼比达到最大化,给出了数值计算的例子,理论计算结果验证了拓扑优化方法的正确性和有效性。     

基于参数化水平集法的约束阻尼结构动力学拓扑优化

约束阻尼(CLD)结构拓扑优化是轻量化设计下实现振动与噪声控制的有效手段.结合约束阻尼结构的有限元模型,以前两阶模态损耗因子及其加权最大化为目标函数,以参数化水平集函数的扩展系数为设计变量,以约束阻尼材料用量为约束条件,建立了基于参数化水平集法(PLSM)的拓扑优化模型.基于伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,...