数控插齿机床身三维拓扑优化研究

以数控插齿机床身的整体柔度最小为优化目标,以三维有限单元的相对密度为设计变量,构建了基于固体各向同性材料插值方法的三维结构拓扑优化数学模型,并采用优化准则法进行设计变量的迭代更新,通过在载荷作用下床身结构的拓扑优化设计,得到了床身材料在设计域内的最优分布．根据最优分布重构床身几何模型,通过比较原结构模型和重构结构模型的静力学分析结果,验证了文中方法的正确性和有效性．     

高压输电线路救援机器人机械臂壳体拓扑优化设计

高压输电线路救援机器人轻量化是其实用性的关键性能之一.以高压输电线路救援机器人机械臂壳体为对象,采用拓扑优化的方法对该结构进行了优化设计,并依据优化结果对机械臂壳体进行了重构和验证分析.通过对重构前后的静应力对比分析表明,在满足强度刚度条件下,重构后的机械臂壳体质量降低了41.40%.研究可为高压输电线路救援机器人轻量化设计提供一种新的思路和方法.     

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.     

谷物脱粒机机架的静力分析与拓扑优化设计

利用SolidWorks软件建立谷物脱粒机的三维模型,通过ANSYS workbench对其机架进行静力学分析,研究计算机架整体的应力分布和变形位移情况;参考静力学分析结果,以减轻机架质量为目的,对其结构进行拓扑优化设计。结果表明,改进后的机架在满足结构使用性和材料力学性能基础上,质量减少了10.98%,实现了脱粒机机架的轻量化设计,节约制造成本。     

某汽车动力总成悬置支架的轻量化设计

针对节能减排、降低能耗的需求驱动下汽车轻量化发展问题,对动力总成悬置系统进行相关的轻量化研究。以某6吨载货运输车动力总成悬置支架为研究对象,提出了一种合理可靠的轻量化设计研究方法。首先,为了实现动力总成悬置系统的轻量化,通过CREO软件建立各零件的三维模型,将三维模型导入CAE分析软件HyperWorks,应用HyperWorks软件建立悬置支架的数值仿真模型,对多工况下悬置支架的静载强度进行仿真分析,通过给定的各工况分析得出其应力图,为“强点削弱、弱点补强”设计提供依据,确定拓扑优化区域。然后,将设计工况加载到拓扑优化中,利用HyperWorks软件的Optimization进行设定,将体积最小化定义为目标函数,设置优化目标,分别对前悬置托架和后悬置支架进行拓扑优化。根据体积最小化理论,优化悬置支架的结构厚度,并提出渐变支撑加强板设计与替换材料的新方案。最后,通过CAE分析优化模型在6种设计工况下加载的最大主应力、位移和静强度,验证轻量化设计方案的合理性,并通过台架试验验证轻量化结果,确认前悬置托架、后悬置支架等零部件静强度安全系数达标与否。研究结果表明：轻量化方案具有良好的制造工艺...     

便携机器人轻量化设计与仿真

针对实验室33 kg便携机器人为研究对象,对它进行25 kg为目标轻量化设计。对已有履带轮受力情况,将各履带轮的材料厚度作为设计变量对其三维模型进行结构优化,获取轻量化的结构,基于多体动力学软件Recurdyn对平地直线行驶、斜坡、斜坡转弯三种典型工况下分别进行仿真,并将仿真结果运用ANSYS进行静力学有限元分析,对零部件以应力和变形为限定条件。结果通过多次迭代设计对比优化前后机器人整体质量减轻的情况下满足运行特性要求。表明了该轻量化设计方案是可行的,新结构相对于原始结构更优。     

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。     

AGV车型分层结构桁架设计与多参数联合优化方法研究

为了实现AGV车架结构的强度优化和轻量化目标,以一款自主设计的AGV为研究对象,设计了一类分层桁架式的新型车架结构,并实现了基于响应面模型与优化算法组合的参数优化.在静力学分析的基础上,基于拉丁超立方试验设计构建了响应面模型,以车架方形钢截面尺寸参数为设计变量、以车架最大等效应力为约束条件、以车架总质量为目标函数,采用...     

基于多目标优化的某驱动桥壳轻量化设计

为降低某重型自卸车驱动桥壳的质量,对其进行有限元静力学分析,通过解析桥壳结构确定了12个设计参数。利用拉丁超立方抽样法选取60个样本点,根据样本模型有限元分析结果对相关设计参数进行相对灵敏度分析,并构建了桥壳质量、变形、应力、固有频率的Kriging代理模型。以桥壳总成质量和整体最大应力最小化为目标,采用NSGA-II多目标优化算法对所建代理模型进行求解,得到驱动桥壳轻量化设计的最优方案。优化后驱动桥壳质量降低了12.1%,并且桥壳变形、应力和固有频率等性能指标均符合设计要求,验证了所提出的驱动桥壳轻量化设计方法的有效性。     

拓扑优化在单缸机缸体轻量化设计中的应用

为将三维拓扑优化技术应用于发动机气缸体轻量化设计中,对采用变密度拓扑优化方法的拓扑优化技术进行了研究．以缸体上施加最大爆发压力工况为边界条件,以缸体总柔度最小化为优化目标,以缸体重量为约束条件,对缸体进行拓扑优化．拓扑优化后的结构考虑加工、装配等因素,进行合理的重新建模后,分析了最大爆发压力工况和最大侧向力工况的气缸体应力分布,两种工况下优化后的缸体最大应力比原气缸体降低,应力分布更加均匀．结构优化方法用于缸体的等强度轻量化设计中,很容易确定缸体的最佳形状,并能减少重复设计验证的次数。     

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.     

塑料后尾门的拓扑优化及其轻量化研究

针对某款集成塑料SUV汽车后尾门部件,建立不同工况下约束和设计目标的一体化模型,以最小质量为优化目标和不同区域厚度为优化变量进行轻量化拓扑优化分析。并对轻量化后的集成塑料后尾门进行刚度和强度的力学性能验证。结果表明：拓扑优化经过8次迭代后,其质量可从1.077×10^-2MIN降为8.830×10^-3MIN,实现减重20%的轻量化目标。试验结果发现轻量化后的样品刚度和强度等力学性能指标,能满足塑料后尾门力学性能要求。拓扑优化分析为集成塑料后尾门的轻量化设计提供了有效参考。     

大马力拖拉机后桥壳有限元分析

为了研究后桥壳的可靠性,对后桥壳进行了有限元分析。通过模态分析与模态实验,分析了后桥壳的动态性能并验证了其有限元模型的正确性;通过静力学分析,校核了其强度、刚度。对后桥进行了拓扑优化并根据优化结果进行了改进,改进后后桥壳和半轴套在满足强度、刚度的条件下分别减轻了12. 33%和10.3%,从而提高了材料的利用率,实现了对拖拉机后桥壳轻量化的目的。     

汽车转向节静动态特性分析与多目标拓扑优化

为使复杂工况下运行的SUV汽车在满足各项性能要求的基础上实现轻量化,以汽车转向节为研究对象,利用变密度连续体结构拓扑优化与折衷规划法相结合来建立多目标优化函数模型,利用层次分析法确定各子目标的权重,进行多目标拓扑优化,得到了材料的理想分布.优化前后的转向节静动态特性对比分析表明,采用多目标拓扑优化方法设计的汽车转向节在轻量化的基础上提高了其结构的刚度和固有频率,实现了多目标同时优化.     

一种高比刚度盾构机刀盘面板结构拓扑重构设计

为提高盾构机刀盘面板结构的承载能力，提出了一种考虑应力约束的高比刚度结构拓扑优化方法。首先，将多孔面板结构的开口率和强度作为约束条件，采用p范数将所有单元的局部应力凝聚为一个全局应力约束，限制多孔面板结构的最大全局应力，并以多孔面板结构的全局刚度最大化为优化目标，构建考虑最大全局应力的多约束拓扑优化模型；其次，通过移动渐近线优化算法求解该模型，获得多孔面板结构的优化拓扑构型；然后，采用水平集方法提取优化构型的清晰拓扑边界，并通过几何重构获取多孔面板结构模型；最后，以某型盾构机为例，设计了多孔面板结构，并开展了静力学有限元仿真分析。仿真结果表明：在相同开口率条件下，相较于原有结构，所设计多孔面板结构的刚度和强度分别提升了7%和19.8%,承载能力得到了显著提高。所提出的方法能有效应用于盾构机面板结构的拓扑重构设计，丰富了盾构机刀盘面板结构的设计理论。     

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.     

轻质结构发动机罩设计研究

以汽车发动机罩为例，结合材料特性、生产工艺、连接工艺等方面因素，设计四种不同材料发动机罩结构方案．采用拓扑方法优化、改进结构，并通过有限元结构模拟计算，比较分析并评价各方案．选择其中综合性能优势最为显著的复合材料结构方案进行试制并试验．通过对比模拟计算结果和试验结果，验证了复合材料结构方案的性能优越性．在轻量化方法、设计试验规范、选材与结构等方面，为汽车车身的轻量化研究探索了一条技术路线。     

基于改进遗传算法的秸秆还田机刀片功耗优化

为降低秸秆还田机的功耗，以秸秆还田机的刀片为研究对象，对刀片的结构和运动参数进行优化.首先通过分析刀片受力情况建立刀片功耗数学模型，并通过田间试验验证模型的正确性;其次对遗传算法进行改进，使用权威测试函数验证改进后算法的可行性与优越性;最后使用改进遗传算法对刀片功耗数学模型进行优化，并利用ANSYS Workbench平台对优化前后的刀片进行结构静力学分析.优化结果表明刀片的功耗值由优化前的19.3kW下降到18.06kW，降低了6.4%，结构静力学分析结果表明刀片优化后结构的合理性和可行性.     

基于RKPM梁固有频率及薄板柔度的拓扑优化

以节点相对密度为设计变量,以固有频率最大为目标函数,通过修正低密度区质量矩阵建立了基于重构核粒子法(RKPM)的结构动力拓扑优化数学模型.采用罚函数法施加本质边界条件,利用直接微分法推导了结构固有频率灵敏度方程,同时研究了受横向载荷弯曲的基尔霍夫薄板柔度最小的拓扑优化问题.最后对比分析了节点依赖性以及设计变量对最优拓扑结构的影响,并结合以上算法和优化准则法编写程序完成了2个拓扑优化算例.优化结果表明:所建立的模型不仅能有效抑制局部模态和重特征频率的出现,而且因通过重构核近似提高了计算点密度场的连续性,棋盘格现象得以消除,可以得到清晰光滑的拓扑边界.     

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%.