岳阳洞庭湖二桥钢护栏优化设计

为获得满足碰撞等级为HA级的桥梁钢护栏,对立柱初始构型进行了尺寸优化设计。首先,根据最新护栏安全性能评价标准,建立1.5t小车、25t客车、40t货车以及55t鞍车与护栏碰撞有限元模型;然后,参考护栏评价标准确定正交试验评价指标,并对护栏立柱各参数进行了单因素试验分析,确定截面各因素优化设计试验范围和水平数;再选用L16(45)正交实验表安排仿真试验,分别对仿真数据结果进行极差分析和方差分析,获得了最优立柱截面尺寸;最后,用4种车型对优化后护栏结构进行了仿真验证。研究结果表明,优化后护栏结构的防撞等级达到HA级,安全性能满足评价标准的要求。     

Am级中央分隔带柔性护栏耐撞性拓扑优化设计

为了设计出一套满足Am级防撞等级的新型中央分隔带柔性护栏,根据国内现有的评价标准,首先基于动态显式有限元方法建立并验证汽车-护栏有限元模型;然后结合元胞自动机的拓扑优化方法以立柱为设计域进行了不同工况下的拓扑优化分析,并提取了"叶片型"立柱拓扑构型;再运用正交试验方法对影响护栏性能的4个设计变量进行研究,获得中央分隔带柔性护栏立柱的最佳尺寸参数;最后对其进行验证分析。分析结果表明,3种法规规定的车型与护栏碰撞过程中,护栏的最大横向偏移量均小于评价标准规定的1000mm,车体的最大加速度均小于评价标准规定的20g,满足了碰撞安全性能评价标准要求,故得到的"叶片型"截面立柱能够实现Am级防护能力。     

农村公路生命防护工程低成本柔性护栏研究

为设计出一种适用于中国农村公路的低成本柔性护栏,文章针对农村公路路侧防撞设施安全隐患较多的现状,以国家相关标准为设计依据,运用有限元数值分析方法,建立汽车-护栏有限元碰撞分析模型;并利用正交试验设计方法对缠绕挂接式柔性护栏进行尺寸优化设计,得到柔性护栏的最优尺寸组合为立柱间距3 500mm、立柱截面尺寸95mm×45mm、立柱壁厚3mm;对最优尺寸进行安全性验证和经济性分析得出:小型客车质心最大加速度为11.4g,中型客车和中型货车的横向动态最大偏移量分别为910、814mm,护栏安全性良好;优化后的柔性护栏造价约100元/m,经济性良好,适合在农村公路生命防护工程中推广应用。     

新型铝合金防撞护栏安全性对比研究

为满足城市桥梁维修加固的美观与可持续发展需求,新型铝合金防撞护栏成为一种新颖形式,为保证其具备足够的安全性能,需对其安全性能进行综合评价。本文以某实际工程为背景,以原传统型钢护栏为基础,提出了采用不同立柱间距的两种新型铝合金防撞护栏方案,通过理论分析、数值模拟相结合的方法对栏杆、立柱及基础螺栓在汽车碰撞荷载下的承载能力、使用性能进行了综合评价。研究结论表明：1m立柱间距的新型铝合金护栏可以替代传统的型钢结构护栏,具有安全性保障。可见本文研究成果可为铝合金安全护栏的推广应用提供技术支持。     

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.     

超高强度钢高速切削工艺参数优化

针对超高强度钢高速铣削过程中刀具磨损严重的问题,采用金属陶瓷刀具对超高强度钢进行高速铣削试验,从而建立刀具磨损速率的预测模型.以切削速度、进给量和轴向切深3个切削工艺参数作为设计变量,以刀具磨损速率最小和切削效率最高作为优化目标,基于遗传算法对切削工艺参数进行优化,获得了最优切削工艺参数组合.     

基于性能试验的多孔薄壁立柱强度分析方法

为了分析立体货架中常见的含有规则孔洞序列的薄壁钢立柱强度,基于立柱极限承载力性能试验和有限元仿真,以工程实际中常见的9种型号立柱为研究对象,针对立柱孔洞简化方法进行了研究.结果表明,采用最大外接矩形法简化孔洞结构从而进行全截面厚度折减的方法更接近于试验,可为多孔立柱强度计算及标准制定提供参考.     

钢桁架拱桥的结构优化分析

为优化钢桁架拱桥的结构设计,利用ANSYS有限元软件的APDL二次开发功能,建立参数化钢桁架拱桥模型,开发影响线计算程序.利用影响线求解桥梁结构最不利活载位置.通过灵敏度分析将优化设计与可靠度分析联系起来,以桥梁结构关键构件和关心位置最大轴向应力和最大竖向位移为状态变量,以截面尺寸为设计变量,并以全桥自重为目标函数,将基于可靠度的结构优化与传统结构优化进行对比.结果表明,基于可靠度的钢桁架拱桥优化结构可以节省大量计算时间和空间,并有效减轻桥梁的自重,改善结构受力.     

基于拓扑优化的钢桥结构合理构型研究

采用拓扑优化的方法,对钢桥结构的合理构型设计进行了研究.首先,基于Hypermesh建立了一个矩形区域的初始有限元模型,在赋予钢材参数后,进行了静力分析.然后,对模型设定可设计区域,以结构刚度为约束条件,结构总质量最小为目标函数,应用OptStruct对钢桥进行了拓扑优化.最后,提炼结构优化后的计算模型,重新进行有限元静力分析,得到结构的位移和应力分布,并将优化结果与初始模型的结果进行了对比分析.研究结果表明:优化后的结构合理构型表现为拱和桁架的组合结构,通过优化设计,在结构刚度和强度基本不变的情况下,钢桥结构的总质量可降低54%.该方法应用于一个旧桥加固工程中,有效性和可行性得到了验证.     

一种水上电动飞机支撑结构分级优化方法

针对某水上电动飞机浮筒支撑杆稳定性和装备预留空间的问题,分别从拓扑,尺寸,形状3个方面进行分析,设计一种轻量化且有良好气动外形的支撑结构.首先在已有飞机载荷与设计区域大小的情况下,基于拓扑优化方法对支撑架的包络空间进行迭代计算,得到最优传力路径,获取合理的节点位置和杆件连接方式.其次在ANSYS和iSight中采用多岛遗传算法对杆件截面尺寸参数进行联合优化,得到各个截面的最优尺寸,最终获得的结构形式既满足强度要求,且与原结构重量相比减轻了13.6％;最后通过"翼型"整流罩结构的使用减小杆件的阻力值,降低桁架结构对飞机气动性能的影响.新方案旨在为水上飞机支撑架设计提供一种新思路,也为相似的类桁架结构优化提供理论依据和技术支持.     

基于有限单元法的钢-混凝土组合空腹板的优化设计

为了研究钢-混凝土组合空腹板最优截面几何尺寸,建立了四边简支条件下结构的有限元分析模型、优化参数模型和优化数学模型,通过对已建工程的优化设计分析,在给定条件下使造价减少24.7%,表明该方法优化效果显著,并且效率高,可广泛应用于钢-混凝土组合空腹板截面优化设计工程.通过对不同跨度的组合空腹板进行优化设计,获得在给定条件下的最优截面尺寸和最优网格尺寸,并探讨了长跨比的影响,给出组合空腹板优化设计的几何尺寸建议.     

基于主轴系统动态行为的高速铣削工艺参数优化

提出了一种基于主轴系统动态行为的高速铣削工艺参数优化方法.基于主轴系统动态行为,以无颤振状态下随转速变化的极限切削深度最大及生产率最大为综合优化目标函数,构建集成主轴系统动态行为与工艺参数交互影响特性的优化模型,运用人工蜂群算法对铣削工艺参数进行优化计算,得到无颤振状态下生产率最大的最优铣削工艺参数组合方案.实例及试验结果表明,采用基于主轴系统动态行为的高速铣削工艺参数优化方法可以获得最优铣削工艺参数,该参数在实际切削时不会发生颤振.     

基于ANSYS Workbench的货架立柱截面优化设计

货架立柱是由薄钢板冷弯而成,其截面形状是影响承载能力最关键的因素之一.基于ANSYS Workbench软件的优化设计功能,在有限元分析的基础上对货架立柱截面进行优化设计.通过计算相关参数的敏感性以及输入参数的响应来确定优化方案,进而设定优化目标来计算出优化结果.     

钢背竹景观护栏结构设计与试验研究

竹材具有生长周期短、产量高、比强度大、环保及可再生等特点,可作为景观护栏构件的优质材料。竹材胶合板作为竹材的主要加工成品,易于切割和组装,是景观护栏优选的型材。竹材胶合板比强度较高,但其抗拉强度和延伸率较低,不宜作为单独的承力构件。通过将竹材胶合板与型钢构件按一定方式组合和优化,设计完成了一种钢背竹景观护栏,并对该护栏进行了B级碰撞条件下的安全性能评价。结果表明,钢背竹景观护栏具有良好的阻挡功能、导向功能和缓冲功能,符合评价标准要求。     

CFRP与钢组合斜拉索设计方案及理论研究

提出两种碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合的斜拉索方案:CFRP与钢组合截面斜拉索,以及CFRP与钢组合结构斜拉索.前者发挥CFRP材料的优异性能,同时避免CFRP材料的锚固难题,两种材料的截面面积比为关键设计参数;后者将CFRP斜拉索与钢斜拉索在同一桥梁不同跨度区域分别应用,优化了整桥经济性能,不同材料斜拉索合理跨度区域的确定是其设计关键.采用解析解形式的参数分析,给出不同情况下关键设计参数的推荐数值,从理论上初步证明了两种方案替代传统钢斜拉索的可行性.     

玻璃幕墙钢铝组合截面立柱的设计

玻璃幕墙钢铝组合截面立柱是工程中经常应用的一种截面形式。对钢铝组合截面的截面特性计算予以介绍,可为类似工程提供参考。     

基于正交试验的钢桁-混凝土组合梁优化设计

为加快绿色交通建设,降低钢桁架结构桥梁建造中的碳排放,实现钢桁-混凝土组合梁结构快速经济合理的设计,提出同时考虑结构位移、构件应力和建材用量的整体结构多目标优化设计方法。以经济效益和结构整体性能提升为目标函数,以钢桁-混凝土组合梁中各构件设计参数为设计变量,结合钢桁-混凝土组合梁挠度和材料强度等约束条件,构建钢桁-混凝土组合梁多目标优化设计数学模型。选取钢桁架竖向高度、纵向节间长度、弦杆截面宽度和高度、斜腹杆截面宽度和高度以及桥面板厚度关键设计参数,分析整体结构主要截面挠度和关键构件最大应力对关键设计参数变化的敏感性。以敏感性分析结果为基础,选取关键设计参数作为正交试验因素,设计32组正交试验。提出钢桁-混凝土组合梁层次分析优化评定系数计算方法,并对32组正交试验结果进行评定,确定设计参数对优化评定系数影响的主次顺序,明确钢桁-混凝土组合梁设计中结构性能与经济效益之间的关联规律,获得其最优设计参数组合。研究结果表明：优化后结构钢材质量为976.03 t,与优化前相比节省用钢质量约5.1%,结构竖向挠度降幅约11.38%,杆件应力最大降幅为14.09%。基于正交试验的结构优化设计方法适用...     

基于模糊逻辑推理的多响应稳健参数优化

研究一种基于模糊逻辑推理的多响应稳健参数优化方法。利用满意度函数计算含噪声干扰过程的各个响应的满意度值,然后经过模糊逻辑推理,将多个响应的满意度值转化为模糊推理等级;进而根据主效应法选取最优参数组合。构建包含可控因素和噪声因素的神经网络预测模型,对最优参数组合处的噪声实验进行预测,得到优化参数的响应质量指标值;并且计算出优化参数的信噪比。将该方法运用于铣切削工艺过程多响应参数稳健优化。结果表明:基于模糊逻辑推理的多响应稳健参数优化方法得到的最优参数组合,不仅有效地降低了铣切削表面的粗糙程度和粗糙高度,而且对噪声因素的影响具有较好的稳健性。     

基于Kriging模型的大客车侧翻安全性多目标优化

建立某型客车的有限元模型,依据ECE R66法规对客车侧翻安全性进行了多目标优化.根据侧翻仿真结果,选取客车上部结构关键零件截面形状为变量,以最大质心加速度和质量为目标,以侧围立柱与地板间夹角θ为约束条件,并结合最优拉丁方试验设计法生成了高精度的Kriging模型.利用NSGA(non-dominated sorting genetic algorithm)-II算法对大客车侧翻安全性进行了多目标优化并得到了Pareto最优解集.优化结果表明利用截面形状优化法可以在质量增加较小的条件下提高整车的侧翻安全性能.     

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.