黄金分割比在炮口制退器结构拓扑优化中的应用

采用有限元分析方法对炮口制退器进行拓扑优化,并在沟槽即去除材料设计中采用黄金分割比.通过有限元静强度和动刚度对比分析,发现采用黄金分割比优化后的炮口制退器在较小质量的情况下具有较好的综合力学性能和较大的动刚度.     

钻铆机器人静刚度建模及优化

机器人自动钻铆技术突破了飞机装配质量和灵活性瓶颈,在装配效率和成本上有巨大优势,已成为飞机数字化、柔性化装配发展的必然选择。目前机器人钻铆系统大多以6自由度工业串联机器人为平台,此类机器人具有结构弱刚性的固有缺点,在钻铆作业过程中承受较大的压紧力和制孔力等载荷时,机器人末端和执行器会发生一定的变形甚至颤振,严重影响钻铆精度和质量。该文以钻铆机器人为对象建立机器人静刚度模型,设计关节刚度辨识实验获取了机器人关节刚度值,进一步结合刚度性能评价指标分析了机器人工作空间范围内刚度性能分布特征,根据实际作业工况,采用粒子群算法对机器人进行位姿优化,从而增强了机器人刚度性能,对于保证系统作业稳定性和作业质量具有重要意义。     

基于Ansys Workbench的机器人底座结构的有限元分析

应用Solid Works软件以某船厂车间机器人底座结构为例,建立三维钢架结构模型。将建好的三维钢架模型直接无误差导入ANSYS Workbench软件,设定适当单元格大小和选择单元格类型对有限元模型网格划分,为机器人底座结构优化改进提供有限元模型。充分运用ANSYS Workbench中的静态结构模块分析机器人底座模型的静强度、静刚度。根据有限元计算得到机器人底座结构模型等效应力和变形分布云图,制定机器人底座结构优化改进方案。通过对提出的A、B两种优化改进方案的有限元结果进行对比分析,优化改进后的底座钢架结构机械性能和安全系数都得到明显提高,同时,达到了最初的设计要求。     

基于UG的起重机结构有限元分析和优化

利用UG/NX对通用桥式起重机进行三维零部件建模,并对各个零部件进行装配,利用UG/NX软件的CAE模块对起重机整机进行有限元结构分析,研究分析结果,找出其中有问题或者不合理的结构,对不合理的结构进行优化改进,再对优化后的结构再次进行分析,验证优化结果。为起重机的设计提供一个新的设计思路。     

网式洋葱分选机的研制

针对洋葱分选劳动强度大,分选效率低,大型设备成本高,设备移动不方便等问题,设计一种网式洋葱分选设备,该设备集输送、去除死皮、分选等功能于一体,结构紧凑,移动方便。对整机结构进行了分析,确定了总体结构方案,对主要部件进行了设计计算,采用UG软件进行了整机的运动学仿真,应用有限元分析模块对滚筒轴和辊刷轴进行了力学分析。结果表明,整机运动合理无干涉,主要零部件采用45号刚焊接结构,工作过程中满足强度和刚度要求。     

面向刚度曲线的汽车前保险杠缓冲块优化设计

汽车前端结构刚度的合理设计可以有效改善行人保护性能,以刚度曲线为目标,利用结构优化方法对保险杠缓冲块进行了结构优化设计。对某乘用车前保险杠进行冲击实验,建立前保险杠与刚性柱碰撞的有限元模型,对比仿真和实验得到的刚度曲线,验证了有限元模型的准确性。为了使保险杠区域的刚度曲线达到理想刚度曲线的要求,以缓冲块的材料刚度和几何形状作为设计变量,将保险杠刚度曲线与理想刚度曲线所围成的面积最小化作为目标,采用自适应响应面法进行优化求解。结果表明,优化后的材料刚度和几何形状所对应的保险杠刚度曲线与理想刚度曲线比较接近,能够满足行人保护的要求。     

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.     

基于CAE技术对汽车四轮定位夹具设计的优化

由于四轮定位夹具厂家过于追求成本,开发出的新产品具有刚度差,强度不合格等缺陷,直接影响到测量的精度。本文结合现代CAE技术对原来的设计进行优化,在少增加材料的基础上来提高刚度强度,并且在不浪费原始模具的前提下对四轮定位夹具进行结构优化,通过对比优化前和优化后有限元分析,刚度强度明显提高。     

某轻型载货车传动轴性能分析与优化

为了校核某轻型载货车传动轴的性能是否满足要求,基于有限元方法对其进行静强度分析,结果表明,低于其材料屈服强度,能满足强度要求。刚度分析结果表明,其刚度值高于试验要求值;对比分析结果表明随着轴管半径和厚度的增大,其扭转刚度也随之增大。扭转刚度实验表明,其仿真值与实验值基本一致。采用集成平台对轴管直径和厚度进行优化,优化之后其重量减轻5.8%。优化方案成功通过了整车道路耐久试验,因此分析与优化方法具有较高的可靠度和准确性。     

6127G全承载城市客车结构轻量化设计

利用HyperWorks软件对6127G全承载城市客车进行轻量化设计.从结构的合理设计和材料的合理使用两方面出发,通过对比分析确定优化方案,优化后对车身强度和刚度进行校核,以检验优化结果的合理性,确保结构在满足强刚度要求的前提下减轻质量.结果表明:优化后车身质量2 570.25 kg,减轻了105.83 kg,整车性能满足使用要求.     

经编机摆动臂有限元分析及优化设计

以有限元分析与优化设计理论为基础,结合UG NASTRAN有限元分析软件,建立了经编机槽针床摆动臂结构的有限元分析模型,对其结构进行了静力学应力分析,利用应力分析结果作为优化设计的强度和刚度约束条件,建立了经编机槽针床摆动臂的数学模型,并对其进行优化。结果表明,在保证零件强度和刚度的前提下,通过改变主要设计尺寸参数,使结构的质量减轻了7.6%,从而有效提高了机构的运行速度。     

带内树状支承柱单层球壳的优化分析

采用遗传算法和拟满应力法,以结构总质量为目标函数,杆件截面积为离散变量,对某带内树状支承柱单层球壳实际工程进行优化分析.通过在强度、杆件稳定和刚度等约束条件下,对优化结果的比较分析及对优化后的球壳结构的几何非线性全过程整体稳定性分析,使设计方案更加经济合理.算例结果表明:刚度条件对球壳结构优化起控制作用,杆件稳定和结构整体稳定性不可忽视;对带内树状支承柱单层球壳结构,要使结构设计方案经济合理,进行优化分析和方案比较是必要的.     

T700纤维缠绕发动机壳体力学性能分析及优化设计

利用网格理论计算纤维缠绕固体火箭发动机壳体的基本尺寸,建立有限元模型,施加边界条件,在壳体承受内压的情况下,分析应力应变结果云图,研究容易发生失效的部位;采用有限元优化设计软件中尺寸优化的方法,在满足使用设计和使用需求的前提下,对纤维缠绕壳体进行质量优化,分析优化后的结果,研究单层厚度的变化,并对优化后的结果进行强度校核.结果表明:优化后的纤维缠绕壳体质量减轻12.09％,强度校核的结果满足设计使用需求,优化方法设计安全合理,为纤维缠绕发动机壳体的优化设计提供理论基础.     

虚拟制造环境下有限元分析的应用

虚拟制造 ( VM)为产品设计和生产过程的优化提供了集成的建模和仿真环境。以设计为中心 VM在设计阶段为设计者提供了制造信息 ,它采用基于制造的仿真来优化产品和过程设计 ,从而实现制造目标。为此 ,提出了以设计为中心 VM系统的体系结构 ,分析了 VM环境下有限元分析的特点 ,并用 IDEF1 X方法描述了有限元分析的信息模型。基于以设计为中心 VM系统的集成环境 ,对某产品关键机械零件进行了有限元分析 ,优化了产品结构。结果表明 ,有限元分析与 VM系统的集成有效地减少了产品开发的时间和成本 ,提高了产品质量。     

基于ANSYS的工业机器人大臂的有限元静态分析

以自主研发运用于小型工业生产流水线的六关节工业机器人为研究对象。根据其性能和结构要求,确定该机器人结构的总体设计方案,运用Solidworks三维建模软件构建出所分析的机器人大臂的实体模型,并运用ANSYS分析软件完成对大臂的有限元静态分析,分析结果符合设计要求。本文的研究为六关节工业机器人部件设计的合理性和可靠性提供了科学依据,同时在大臂运用于不同负载情况时对其进行优化设计提供了理论依据。     

基于等效静态载荷理论的机床运动部件轻量化设计

为保证机床的加工精度和切削效率,机床的运动部件需要较高的刚度和较轻的质量.以某型号磨床的主轴箱为研究对象,建立包含主轴箱、电主轴磨头和滚珠丝杠等部件的有限元柔性多体动力学模型,运用等效静态载荷理论将柔性多体动力学分析与静态结构优化理论相结合,采用拓扑优化技术对主轴箱进行轻量化设计.与传统静态载荷下的主轴箱结构拓扑优化设计相比,该方法更适用于机床运动部件的结构轻量化设计,优化后的主轴箱结构在保证静动态性能的前提下质量减轻8.5%.     

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。     

半挂牵引车车架疲劳可靠性分析及优化

首先建立车架几何模型以及相应的有限元分析模型,分析车架的强度与刚度。在Adams中建立车架的多体动力学模型,计算求出悬架与车架连接处的动态外载荷作为车架疲劳仿真分析的载荷谱。在疲劳可靠性分析软件Fatigue中,通过准静态疲劳寿命分析方法计算出车架的疲劳寿命。利用粒子群多目标优化算法,以车架的各纵横梁为设计变量,以车架的较低应力和较轻质量为优化目标,选取较为合理的车架纵、横梁设计尺寸。结果显示优化后车架满足强度要求,质量减轻了近20 kg,疲劳寿命也提高了8.6%。该分析方法既可用于车架的抗疲劳设计等问题研究,也为其他工程实际问题提供了设计参考依据。