结合拓扑分析进行平面连续体拓扑优化

避免目前平面连续体结构拓扑化过程中经常出现的单元铰接以及“棋盘格”等现象,研究了边疆体结构拓扑优化过程的拓扑分析方法,以及在计算机上实现的简便算法,根据代数拓扑理论,单元及连续体的边 作为1－复形进行运算,利用图论中的邻接向量概念,在计算机上实现了结构的拓扑描述及在扑运算,得到了结构在拓扑演化过程吵的拓扑特性,方法简单,可靠,在一定的拓扑约束下,根据应力分析结果,采用删除单元,单元退化,移动节点等方法,可以用较少单元得到更为满意的结果,提高计算效率,为演示方法的有效性,给出几个包括常见经典问题的解答。     

液压机下横梁结构拓扑的进化结构优化

针对传统的形状尺寸优化方法难于获得全局最优解的问题,应用基于应力突变率的双向进化结构优化(BESO)算法对传统三梁四柱式液压机下横梁进行结构拓扑优化,分析进化历程和参数指标.算法实现了液压机下横梁最优结构拓扑和形状尺寸优化的一致,获得了合理的液压机下横梁新型拓扑结构.有限元分析对比表明,新结构实现了结构最大应力最小化和应力分布均匀化,提高了材料利用率.     

基于拓扑优化的新型桁架式牛腿构建方法及受力性能分析

后置牛腿结构在既有建筑加固改造中应用广泛,为了获得更加轻质高效的新型牛腿结构,本文在现有“Π形”钢牛腿结构基础上利用拓扑优化技术构建一种桁架式牛腿结构,并进行了受力性能分析.首先利用Solidworks建立“Π形”钢牛腿模型,运用simulation模块对模型进行了拓扑优化,然后基于优化生成的轮廓,在其下部设置人字形支撑,利用Solidworks再次绘图,并对其尺寸进行优化从而构建新型桁架式牛腿模型.最后对新构建的桁架式牛腿结构进行了有限元分析,并和“Π形”钢牛腿结构进行了对比讨论.结果表明,新型桁架式牛腿的材料用量仅为“Π形”钢牛腿的57.3%,并且抗扭转能力更强、应力分布更均匀.     

基于虚拟样机的整车平顺性仿真分析

以多体系统动力学理论为基础,应用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS／Car专业模块,建立了某整车虚拟样机模型。根据国标规定,建立了脉冲输入路面,并进行不同车速下的仿真试验,得到试验数据;对于随机路面输入试验,通过深入研究ADAMS／Car下随机路面文件的特点,规定相应的参数,进行平顺性仿真试验,并对汽车的平顺性输出结果做出评价。     

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。     

基于拓扑描述函数的结构拓扑优化设计

提出了一种基于水平集方法的结构刚度拓扑优化设计方法.该方法将结构的边界隐式地嵌入到一个高一维标量函数的零水平集模型中,通过一个Hamilton-Jacobi类型的偏微分方程来控制水平集函数的动态运动,从而间接地实现结构边界拓扑和形状的动态演化.偏微分方程中的法向运动速度依据优化目标函数的形状敏度分析结果建立.用有限元法和有限差分法相结合的方法分别实现弹性平衡方程和Hamilton-Jacobi方程的数值计算,并通过一个典型算例证明所研究方法的有效性.     

应力流驱动的结构拓扑优化

以应力流作为结构优化的控制函数，通过建立以图形和有限元网格模型相对应的结构描述，采用删除低应力区域结构的自适应方式，实现结构的拓扑变化和几何模型生成，所提方法具有扩展性和应用价值，完成结构形式遍历，为结构优化设计作有益的尝试。     

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。     

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.     

基于疲劳寿命的多体结构优化方法研究

针对某型运输机前起落架,通过运用MSC工程软件,建立了一套基于疲劳寿命的多体结构优化方法。该方法首先通过多体动力学仿真,获得前起落架的工作载荷历程。然后应用有限元和疲劳分析进行联合求解,预测前起落架的疲劳寿命。而后根据预测结果,找出部件结构的最薄弱环节,并应用结构优化方法对结构细节进行优化处理,使结构薄弱环节的疲劳寿命提高,从而达到延长整个多体结构疲劳寿命的目的。     

纯电动汽车白车身拓扑优化设计及性能验证

基于变密度结构拓扑优化方法,以柔度最小化为目标建立了汽车白车身拓扑优化数学模型。对其白车身结构在静载荷、弯曲载荷,以及扭转载荷工况下分别进行拓扑优化设计,得到相应的最优拓扑结构。通过建立基于优化结果的白车身线框模型对其弯曲和扭转刚度进行验证。数值算例结果证明,拓扑优化方法能够得到具有工程实用价值的纯电动汽车白车身最优结构,在满足车身结构刚度要求的同时实现车身轻量化。     

基于HyperWorks/OptiStruct的辐射制冷支撑结构拓扑优化设计

辐射制冷器是一种通过向空间环境辐射热量而获得冷量的被动制冷装置,具有寿命长、无功耗、无干扰等突出优点,因此广泛应用于红外探测系统。辐射制冷器支撑结构的设计是总体设计中的关键。基于HyperWorks/OptiStruct平台并结合拓扑优化技术完成了辐射制冷器支撑结构的设计,最终的设计结果为结构基频95Hz,辐射制冷器中心对安装底面的频响放大倍数最大值为3.7,满足系统要求。     

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.     

越野汽车防护承载式车身的结构分析与设计

结合近期某防护型越野汽车的研制工作,提出了一种桁架承载式复合材料薄刚壳多级防护的汽车轻装甲结构.该结构介于传统无车架重装甲承载式车身与传统有车架越野汽车的非承载式车身之间,是一种轻装甲承载式结构的新型车身.根据CAD的车体结构、底盘件及安装支架设计,并依据CAE的车体结构有限元仿真与优化分析,提出了该车身桁架布置的优化方案.根据车辆不同工况要求,对车身施加了相应的边界条件和载荷,进行了车身结构强度分析,并通过车辆的测试和试验,证明了该车身结构的合理性和先进性.     

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.     

某桁架式桥梁检测车垂直臂刚架结构的拓扑及尺寸优化

以某桁架式桥梁检测车垂直臂为研究对象,利用ANSYS参数化设计语言建立了该垂直臂的三维实体参数化有限元模型,选择了三种典型工况对垂直臂进行了有限元静力结构分析。采用面面接触单元来模拟垂直臂与连接架滑块之间的滑动副,准确计算了垂直臂与滑块间的受力和变形情况。分析了垂直臂主管臂厚、弦杆臂厚以及拓扑结构参数弦杆分布密度对其强度、刚度的影响,为提高垂直臂构件的力学性能提供了理论依据。基于分析结果,选出了垂直臂的最佳几何构型并应用于实际产品。     

基于Hypermesh的电动汽车车架结构优化设计

建立了某款电动汽车车身骨架的几何模型,运用有限元软件Hypermesh在已建立的几何模型的基础上进行网格化,根据实际情况定义边界条件与施加载荷,完成有限元模型的建立;分析计算在相应载荷与边界条件下车身骨架的静态刚度、强度,并进行模态分析;最后提出优化的研究方案和具体实现方法,为车身骨架的改进优化提供了理论依据.     

基于虚拟样机技术的汽车操纵稳定性参数正交优化设计

以某型轿车底盘为研究对象,采用虚拟样机软件ADAMS建立整车多体动力学仿真模型;结合汽车操纵稳定性的客观定量评价标准,建立了直接生成操纵稳定性评价值的ADAMS函数;用ADAMS软件结合正交试验方法对整车操纵稳定性进行了虚拟正交优化设计。虚拟样机技术在车辆操纵稳定性参数正交优化中的应用,不仅使仿真模型与集中质量模型相比提高了精度,还分析出整车操纵稳定性的主要零部件影响因素,得到了最优的一组设计方案。由于是直接对具体零部件的优化,整个设计过程适于在企业中应用。     

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。