冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析

为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法. 将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中. 采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化. 通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效.      

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。     

基于自适应有限元的双向渐进结构优化法

将自适应有限元分析方法和双向渐进结构优化法结合,提出一种改进的Delaunay网格剖分方法和综合考虑应力及网格密度两个因素的网格删除准则。编制了基于自适应有限元分析的双向渐进结构优化法流程图。通过典型算例分析,证明这种基于自适应有限元的双向渐进结构优化法可行、有效。     

基于拓扑优化的基座减振性能

海洋平台设备的安装基座是连接设备和平台的重要结构,开展基座减振设计是控制平台结构振动和辐射噪声的关键环节。本文提出了三种拓扑优化方案,以输出点群的加速度响应幅值均方根为目标函数,采用拓扑优化方法对基座进行优化设计。通过对三种方案进行对比分析,确定了最优拓扑设计方案。结果表明,相对于初始设计基座,优化设计后的基座其加速度振级落差由3.6dB提升到12.3dB,减振效果明显提高,且基座的总重量也略有降低,相关研究方法和设计结果对开展基座减振设计具有一定的指导和借鉴意义。     

裂纹转子-轴承-基座系统有限元模态分析

为了掌握转子裂纹的故障特征,采用有限元分析软件ANSYS对转子实验台中的裂纹转子-轴承-基座系统进行模态分析,研究裂纹在转子不同深度和不同位置时的固有频率及振型变化情况,得到的固有频率与理论值一致.通过对比分析得出固有频率及振型与裂纹位置、深度的关系,为裂纹转子故障诊断提供依据.     

风电塔筒爬壁机器人电机基座优化设计

为解决应用于风电塔筒壁面检测的爬壁机器人电机基座轻量化的问题,提出了一种将动力学仿真与优化设计相结合的方法。通过ADAMS进行动力学建模仿真,得到电机基座的动态载荷并将其作为优化设计的边界条件;通过ANSYS Workbench将拓扑优化、尺寸优化相结合的方式进行优化设计,拓扑优化确定了优化区域。结合参数敏感性分析和响应面法的尺寸优化确定了满足电机基座轻量化目标的最优解。     

基于灵敏度分析的数控丝杆磨床床身优化设计

床身是磨床主要的工作部件,对零件的加工精度有决定性的影响,通过建立机床床身的有限元模型,利用灵敏度分析方法,对床身进行静动态特性分析,再对优化后的床身进行模态和静力分析。结果表明,优化后在质量不变的情况下,床身的静变形和固有频率得到明显提高,该方法可以推广到磨床其他部件的优化,为整机动态特性的优化提供了良好的方法。     

基于有限元方法的液压缸结构优化设计

为了减小液压缸的重量,提高产品使用寿命,对某型号液压缸进行了静力学仿真,得到了液压缸的变形、应力参数。优化设计时以缸体内孔半径、缸体壁厚、活塞杆半径尺寸参数为输入参数,液压缸的变形、应力、质量为输出参数,通过ANSYS软件仿真分析获得了液压缸变形、应力、质量与缸体内孔半径、缸体壁厚、活塞杆半径尺寸之间的关系。然后以液压缸变形、应力、质量为优化目标,对其进行了优化设计。结果表明,通过有限元分析,液压缸的最大应力减小2.3%,最大变形减小4%,质量减小5.65%。     

轮胎试验台转鼓结构的优化设计

为避免试验过程中转鼓在外界激励下发生共振,首先基于拓扑优化原理,以单元密度作为设计变量、体积缩减50％为约束条件、一阶固有频率为设计目标,对“工”字型转鼓的结构进行拓扑优化计算,得出转鼓的伪密度分布图;然后基于转鼓拓扑优化分析结果,改进转鼓的“工”字型结构,并对转鼓的结构尺寸进行50次迭代优化.在转鼓的一阶固有频率高于...     

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。     

基于等效静荷载法的移动荷载结构拓扑优化

土木工程结构中移动荷载的动态特性和惯性特征对结构的稳定与安全具有重要影响,而目前的拓扑优化算法都主要考虑静荷载效应。为了满足对移动荷载拓扑优化的需要,提出一种考虑移动荷载效应的结构拓扑优化设计方法。该方法采用“对偶”加载方式处理移动荷载,并结合等效静荷载法实现考虑移动荷载效应的结构拓扑优化。用提出的拓扑优化方法对案例进行分析,进一步探讨支撑条件和荷载位置对优化结构力学性能的影响,分析对比不同优化后结构在设计荷载作用下的等效应力与跨中位移。研究结果表明：优化后结构在具有良好动力学性能的同时还具有对称性,可有效避免荷载移动方向对优化结构的影响,解决了既有等效静荷载拓扑优化方法无法有效处理移动荷载效应的难题;该方法具有良好的收敛性和适用性,优化后的结构造型美观,受力合理,并节省材料,可为结构设计提供参考。     

基于复杂网络抗毁性与ADMPDE算法的网络拓扑结构优化

复杂网络抗毁性研究的重要内容之一,就是优化网络拓扑结构。在分析常用复杂网络抗毁性测度不足基础上,提出了以自然连通度为复杂网络抗毁性测度,建立了其拓扑结构优化模型;综合运用ADMPDE算法收敛好、寻优速度快等优点,通过适当改进用于求解复杂网络拓扑结构优化模型。通过仿真分析,验证了复杂网络拓扑优化模型及其求解算法的科学性与可行性,得出了拓扑优化过程网络结构变化一般性规律,并分析了网络拓扑结构优化前后,在不同攻击策略下复杂网络抗毁攻击能力。     

具有筒型结构的回转机械的应力特性分析

对磨机筒体上的作用载荷进行了分析,用有限元对筒体进行了静态应力分析和模态分析,得出了正常工作状态和启动状态时筒体、螺栓孔和人孔的应力分布及磨机筒体的前六阶振型,为磨机筒体及同类结构设计和工艺改进提供了理论依据     

基于ANSYS的剪板机机架有限元分析

以某锻压机床厂的剪板机机架体为研究对象,使用大型通用化有限元软件ANSYS作为分析工具。对其进行了线性静态分析和模态分析,分析出机架的刚度值及其强度值,为后续的优化提供依据。     

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.     

进化方法在热传导拓扑优化设计中的应用

提出用进化方法求解热传导场拓扑优化设计问题;以单元相对导热率为设计变量,建立最小化热柔度数学优化模型并进行敏度分析,移除具有最小敏度值的单元使得目标柔度增量最小;进化优化过程中引入滤波技术对敏度场进行过滤以消除数值计算不稳定性;数值算例验证了进化拓扑优化方法的有效性及高效性,优化结果为后继进行的形状、尺寸优化提供了可靠的依据。     

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。     

RSS拓补结构机座的动态优化

以燃气轮机透平端RSS(旋转对称支承板)机座为研究背景,通过用D’Alembert原理建立了RSS机座的拓补优化域和等价边界条件,从而实现了用均匀化方法的RSS机座拓扑结构优化,得到了旋转对称的弧形支承板拓扑结构的机座.然后,结合原来RSS机座的机构特征在ANSYS workbench中建立了RSS拓补结构光滑有限元模型,并进行了工作条件下的模态分析,以前三阶模态振型中轴承座的振型作为当量静载荷加载到原模型对比计算,验证边界条件的正确性.以RSS机座弧形支承板的四个关键尺寸为设计变量,以机座的变形量和应力为目标函数,进行了随频率变化的动态优化设计.通过优化改变了RSS拓补结构的动态特性,使固有频率远离了工作频率.     

C80B型车体结构的强度及模态分析

以C80B型运煤专用敞车车体为研究对象,应用Pm／E软件建立三维几何模型．在有限元的理论基础上,论述了车体有限元模型的单元选取、网格划分及边界处理,然后在ANSYS软件中对车体进行静强度分析和模态分析．结果表明,该车型车体在各种工况载荷作用下,满足《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》要求,同时找出了车体的危险部位,为进一步改进敞车设计提供参考．