汽车座椅骨架的拓扑优化研究

针对汽车座椅骨架质量较大的问题,对座椅骨架的结构、人机工程学、拓扑优化方法、镁合金的特点及加工方法进行了研究.根据人机工程学以及座椅的基本要求对座椅坐垫进行了拓扑优化设计;结合镁合金材料特点及压铸加工要求对座椅骨架进行再设计;最后应用ANSYS对改进后的座椅进行了静力学分析.研究结果表明,优化后的座椅骨架比优化前的减重20％,优化后的座椅骨架满足座椅静强度要求;从而说明该拓扑优化方法可用于座椅骨架的结构设计,同时得到了新的座椅骨架模型.     

应急监测拖车车身骨架结构分析与轻量化研究

运用有限元分析理论,在ANSYS Workbench有限元软件中建立应急监测拖车车身骨架结构的有限元模型,并对其进行静力学分析和模态分析。根据分析结果采用拓扑优化方法对应急监测拖车车身骨架进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果并结合车身骨架的设计和制造工艺要求,对车身骨架结构重新进行布局和设计,得到优化后的车身骨架结构。通过相对灵敏度分析找出对车身骨架性能不敏感但对车重敏感的设计变量,采用多目标尺寸优化的方法对应急监测拖车车身骨架结构进行轻量化设计,并对其在水平弯曲、极限扭转、紧急制动和紧急转弯4种典型工况下的性能进行对比。结果表明:优化后的车身骨架在满足各项性能要求的前提下,实现减重86.57 kg,减重率为14.08%,取得了一定的轻量化效果。     

基于OptiStruct后排座椅结构拓扑与参数优化的应用研究

骨架设计在座椅设计中担任极其重要的地位,传统的骨架布局依靠经验设计,不仅会降低设计效率,还得不到最优的骨架布局方案。应用弯矩等效原理对圆管截面和矩形截面进行转换,并使用OptiStruct对某款汽车座椅后排进行拓扑优化,根据拓扑结果提出3个优化方案,对其进行安全带固定点及行李箱冲击仿真。研究结果表明:基于弯矩等效转换的力学依据可靠有效,能将管架结构有效地转化为优化基础模型,采用拓扑优化方法可以得到最优的座椅构件布局结构。     

公交客车车身骨架拓扑优化结构分析

针对国内客车车身设计质量过大的问题,提出了应用拓扑优化方法对某款城市公交客车的车身骨架进行轻量化设计的构想。基于HyperMesh软件中的OptiStruct模块,运用变密度法对客车车身骨架进行拓扑优化设计与分析,其分析结果可为企业的车身骨架设计、改进和优化提供实际的参考和指导。     

基于拓扑优化的厢体骨架结构优化设计

厢体骨架作为翼开式厢车的重要受力部件,其结构形式的好坏对整车的安全与节能有重大影响。因此有必要对厢体骨架进行结构强度分析与轻量化设计。建立厢体骨架的有限元模型,对其进行静力学分析。根据分析结果采用拓扑优化的方法对结构进行优化设计,得到了新厢体骨架结构的设计方案。有限元分析结果表明:优化后的厢体骨架模型最大变形和最大应力都减小了47.8%,质量减轻了18.1%,较好地达到了优化目标。该方法为厢体骨架的结构设计以及轻量化设计提供了良好的思路和借鉴。     

基于拓扑优化与灵敏度分析的公交车车身骨架轻量化

运用有限元思想,采用优化设计方法,对某客车公司12 m公交车车身骨架进行了轻量化研究。以建立的车身骨架有限元模型为基础,进行了水平弯曲、极限扭转工况以及自由模态的模拟,分析了骨架的静动态特性。以骨架的一阶弯曲频率、一阶扭转频率、弯曲柔度以及扭转柔度为约束条件,以体积最小为目标函数,对骨架进行了拓扑优化。以拓扑优化结果为依据,选取371组杆件为设计变量,对骨架进行了灵敏度分析。根据拓扑优化和灵敏度分析的结果,结合企业对定型产品的规定要求以及钢结构材料的国标标准,提出了车身骨架的轻量化方案,使骨架质量减轻了240 kg。与原骨架相比,新骨架保持了振动特性,强度性能明显改善,实现了客车车身骨架轻量化目标。     

基于响应面法的多材料优化模型与应用

基于二阶响应面法,建立高效多材料、多目标优化模型,研究降低某款汽车座椅骨架总质量的各零部件材料和厚度的最优设计方案。利用多目标优化方法定义了优化问题,采用最优拉丁方试验设计方法在样本空间进行采样,同时为了提高优化求解效率,采用二阶响应面近似模型拟合设计变量与响应之间的关系,并利用NSGA-Ⅱ算法对优化问题进行求解。应用中,以减轻座椅骨架总质量和提升一阶模态为优化目标,定义各零部件的材料类型及厚度为设计变量,得出材料和厚度的最优设计方案,并依据相应国标对优化方案进行校验。结果表明,在满足各项国标的前提下,该方法准确有效,在提升一阶模态的同时,实现了对座椅骨架的轻量化设计。     

对轻量型轿车座椅的研究

随着汽车材料价格不断上涨和油价节节高升，汽车企业围绕轻型零部件开发展开了日趋激烈的竞争。座椅作为汽车部件的重要组成部分，其轻量化也被提上日程。本文对某车型座椅建立有限元模型并进行轻量化设计，并分析了汽车座椅的安全性。通过合理的优化目标和约束变量得到座椅轻量化尺寸，经再次分析计算，轻量化设计的座椅质量减重11.2%，而且座椅轻量化后的强度完全满足国家标准的要求。     

基于Altair-OptiStruct的客车车身结构拓扑优化设计

采用Altair-OptiStruct对某型客车车身结构进行拓扑优化计算,实现客车车身结构轻量化设计。根据优化空间最大化的原则,建立车身拓扑优化模型,然后分别对弯曲工况和弯扭组合工况进行车身结构拓扑计算,最后对新的车身结构性能进行验证评价。结果表明:拓扑优化后的车身骨架性能得到了提高、质量减少3.8%,优化结果可为客车轻量化设计提供参考。     

汽车座椅骨架的CAE分析及轻量化设计

汽车座椅骨架是汽车座椅的重要组成部分,对其进行轻量化设计,对于节能和提高车辆的安全性和舒适性都十分重要。文章对汽车座椅骨架进行了设计并绘制出主要部件的三维模型结构;运用Hypermesh软件对骨架的CAD模型进行了前处理,将经过前处理的模型导入Ansys Workbench,并结合相关国家标准对设计的汽车座椅骨架进行了静强度分析、模态分析;使用不同的方法对不同零件进行轻量化设计,最终在保证座椅静强度以及模态频率需求的前提下使得座椅减重14.9%。     

某舰炮基座灵敏度分析与轻量化设计

为实现某舰炮基座的轻量化设计,基于有限元理论和结构优化理论,分析了舰炮基座在极限工况下的结构响应。在此基础上,基于尺寸优化理论和灵敏度分析理论,完成了舰炮基座的灵敏度分析和轻量化设计,得到了舰炮基座中质量灵敏度较大的板件厚度。优化前后的分析结果表明,优化后舰炮基座的重量降低13.2%,最大应力为160.6 MPa,优化后的舰炮基座满足设计要求,达到轻量化的目的。     

约束阻尼变密度材料属性合理近似插值模型全域灵敏度减振优化

针对圆柱壳约束阻尼拓扑减振优化问题,基于变密度材料属性合理近似插值模型,构建以模态损耗因子最小为优化目标的拓扑减振模型,引入振型控制因子MAC评价振型的阶跃状态,寻优迭代轻量化约束设计域内的减振优化解。推导目标灵敏度的插值模型,演算全域优化求解算法,建立∞-范数的全域灵敏度拓扑变量优化准则,避免非凸优化函数的部分目标灵敏度参与优化迭代的局部优化解和跳跃。编程实现了壳构件约束阻尼结构的减振优化分析。结果表明：全域优化算法寻优域广,迭代历程稳定时间短、敷设部分阻尼材料易获得有效的减振效果。     

钢铝一体化车身框架结构关键技术及最新进展

综述应用钢铝一体化车身框架结构实现车身轻量化的最新进展及关键技术难点。在传统的车身骨架钢制结构中,有些构件或组件用铝合金代替,且通过优化设计和性能模拟方法确定钢铝的比例和以铝代钢的部位,可实现车身轻量化和高强度。但铝和钢可焊接性差、存在电化学腐蚀等问题,成为结构设计的难点。同时必须保证车辆发生碰撞时,车身结构的指定部位能够吸能碰撞能量。因此关键技术涉及钢铝连接技术、电化学腐蚀、碰撞安全、新的成型工艺技术、拓扑结构优化。     

一种全封闭蒙皮点阵支撑结构的优化设计与试验验证

随着人类航天活动范围的不断扩大,复杂航天任务对于结构轻量化技术提出了更高的要求。在传统的结构形式基础上,单纯通过应用高性能材料等手段已经无法满足后续航天任务对于航天器载荷支撑结构轻量化的要求。提出一种封闭蒙皮包裹三维点阵层级结构的设备支撑结构形式,建立设备支撑结构的拓扑优化设计模型,并对优化后的结构进行封闭蒙皮包裹三维点阵化设计。运用激光选区熔化方法制备了支撑结构实物,并进行了振动力学试验验证,试验结果表明设备支撑结构比采用传统设计及制造方法的结构减重46.4%,实物已应用于某型号卫星载荷支撑任务。提出的封闭蒙皮包裹三维点阵的结构形式可以有效提高支架类结构的设计效率,在航天器结构轻量化方面具有推广应用前景。     

公交车钢板吊耳座的拓扑优化设计

针对公交车钢板吊耳座的轻量化设计问题,基于HyperWorks进行了拓扑优化设计。以钢板吊耳座零件的单元密度为变量,以最大应力为约束条件,以体积分数最小为目标函数,建立了拓扑优化模型。利用HyperMesh进行了网格划分,通过OptiStruct模块获得了优化计算结果。结合企业加工工艺要求,修改优化计算结果,实现了钢板吊耳座的轻量化设计。拓扑优化设计后总质量比原设计方案减轻了25.71%。安全计算的结果验证了拓扑优化设计结果的可行性。     

基于HyperWorks形状优化的桥式起重机主梁轻量化设计

以某桥式起重机为研究对象,基于HyperWorks形状优化技术对桥式起重机主梁轻量化设计进行了研究。首先,建立桥式起重机的有限元模型,对其进行有限元分析。其次,以体积分数最小为目标函数,以起重机主梁的高度、宽度为设计变量,应力、应变能、模态为约束,建立优化数学模型,对起重机进行轻量化设计,并对优化后的起重机主梁进行整体稳定性验证。     

LEVEL SET METHOD FOR TOPOLOGICAL OPTIMIZATION APPLYING TO STRUCTURE, MECHANISM AND MATERIAL DESIGNS

Based on a level set model, a topology optimization method has been suggested recently. Ituses a level set to express the moving structural boundary which can flexibly handle complex topo-logical changes. By combining vector level set models with gradient projection technology, the levelset method for topological optimization is extended to a topological optimization problem withmulti-constraints, multi-materials and multi-load cases. Meanwhile, an appropriate nonlinear speedmapping is established in the tangential space of the active constraints for a fast convergence. Then themethod is applied to structure designs, mechanism and material designs by a number of benchmarkexamples. Finally, in order to further improve computational efficiency and overcome the difficultythat the level set method cannot generate new material interfaces during the optimization process, thetopological derivative analysis is incorporated into the level set method for topological optimization,and a topological derivative and l     

基于有限元方法的支承法兰盘结构优化研究

重载变速箱支承法兰盘的结构设计对节约成本、减小箱体整体重量有着重要的影响。基于支承法兰盘的结构特征,通过目标函数的建立、设计变量的选取以及约束条件的确定建立了优化设计的有限元模型,并对法兰盘进行了静力分析。在结构轻量化的目标下,通过对法兰盘进行优化分析,得到了法兰盘安全、可靠的结构最优尺寸,减少了材料的使用。对优化后的模型进行了安全校核,验证其完全满足设计要求。该分析方法对法兰盘结构尺寸的优化具有一定的参考作用。     

基于Optistruct的重型梁结构优化设计

针对重型梁结构的拓扑优化设计,引用了一种基于SIMP变密度插值法的单目标拓扑优化方法。在限定拔模方向的环境下使用Optistruct进行拓扑优化,通过罚函数对相对密度进行惩罚,得到拓扑优化结果。根据优化结果,对梁截面进行二次工艺强化,使刚度、强度、轻量化三者协调统一。     

基于多目标优化的乘用车后排座椅轻量化设计

提出第二代非劣排序遗传算法(NSGA-II)结合响应面法(RSM)-径向基神经网络方法(RBF)混合近似模型和逼近理想解排序(TOPSIS)方法对某乘用车后排座椅进行结构-材料一体化多目标轻量化设计研究。结合有限元理论建立仿真模型,并通过行李箱碰撞试验验证仿真模型的正确性,根据工程经验和座椅靠背骨架吸能分析确定了6个优化部件厚度、材料的设计变量及取值范围;采用RSM-RBF混合近似模型方法拟合设计变量与响应之间的关系;利用NSGA-Ⅱ算法对优化问题进行求解,得到Pareto最优解集。最后采用基于熵权TOPSIS方法对Pareto最优解集进行排序确定最佳折中解。结果表明:在满足各项安全性能法规的前提下,乘用车后排座椅减重3.57 kg。