基于响应面法的多节伸缩臂设计优化

伸缩臂作为在施工作业的机械手臂具有广泛的应用,且其自重对支承它的下部构造也有至关重要的影响,故合理的设计伸缩臂结构在相应施工机械研发过程中占有重要地位。对于通常设计的伸缩臂在强度和刚度上有较大的富裕量,在满足力学性能的基础上,通过简化伸缩臂结构,建立有限元参数化模型,以伸缩臂的外形尺寸为设计变量,强度、刚度、承压稳定性为约束条件,整体重量为目标函数,利用ANSYS和ISIGHT软件,建立目标函数的二阶响应面近似模型,并运用遗传算法对模型寻优求解。研究结果表明,伸缩臂整体自重下降19.06%。相对于传统优化设计,效率和精度得到了明显提高,对同类伸缩臂结构优化设计方法对比及优选有一定的指导意义。     

基于有限元方法的某工程探测装备工作装置优化设计

以工作装置箱型伸缩臂有限元分析为基础,在保证强度和刚度的前提下,以结构自重为目标函数,以臂截面尺寸为设计变量,对伸缩臂进行了有限元优化设计。优化后,伸缩臂的截面尺寸明显减小,自重降低了26．4％,达到了减轻重量、节约材料、减少成本的目的,同时为箱型伸缩臂的设计和改造提供了理论依据。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的箱形伸缩臂多目标优化设计

从初始群体产生及交叉算子两个方面对带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行改进,对伸缩臂进行应力及挠度变形分析,得出应力及应变云图,以确保伸缩臂强度、刚度满足要求。以伸缩臂截面几何参数为设计变量,伸缩臂稳定性及自重为优化目标,利用i SIGHT软件将改进的NSGA-Ⅱ算法与Ansys有限元分析集成,以QY20汽车起重机伸缩臂为例,对起重机箱形伸缩臂进行多目标优化设计,得出Pareto前沿解,并与优化前的截面参数进行对比,验证了该算法的可行性。     

基于响应面法的高空作业车伸缩臂轻量化分析

文中针对目前高空作业车伸缩臂壁厚设计不合理而导致伸缩臂整体质量偏大、作业时笨重缓慢的现状,对某型高空作业车伸缩臂进行轻量化分析。对高空作业车上装结构进行模型进化得到伸缩臂的三维模型,分析确定了伸缩臂的最危险工况为30°,计算得到了轻量化设计需满足的强度及刚度条件。在此工况下,以伸缩臂各节臂壁厚参数为设计变量,以伸缩臂总质量为优化目标,利用Workbench对不同壁厚参数下伸缩臂模型有限元分析得到的应力及变形数据进行非线性拟合,再利用响应面优化得到最佳的壁厚参数组合。在满足设计要求的前提下,优化后的伸缩臂总质量较优化前降低了227 kg,减重比例达到了36.3%。     

擦窗机伸缩臂臂厚与搭接量对固有频率的影响分析

以屋面轨道伸缩臂式CWGS250擦窗机伸缩臂为研究对象,利用通用分析软件ANSYS,适当简化和假设处理,建立有限元分析模型。通过模态分析结果,确定选取臂厚和搭接量作为研究的结构参数。进行不同臂厚的伸缩臂固有频率对比分析,得到臂厚对固有频率的影响关系。并运用ANSYS优化模块中最优梯度法对影响伸缩臂固有频率的搭接量进行灵敏度分析,得到搭接量对固有频率的敏感性。结果表明,调整伸缩臂臂厚和搭接量可以提高伸缩臂的固有频率,为擦窗机伸缩臂结构的减振设计和动态特性优化提供理论参考。     

无砟轨道精调车轻量化设计

为使无砟轨道精调车结构悬臂处静刚度满足设计要求,并减少结构自重,对其进行优化设计。考虑到结构动态特性对结构性能的影响,首先,运用ANSYS软件对其进行谐响应分析,得出对精调车结构动态特性影响最大的固有频率;然后,以该阶频率和结构自重为优化目标,利用最优拉丁超立方试验设计方法对各变量进行灵敏度分析,获取最终设计变量;最后,在ISIGHT软件中建立了精调车结构的响应面近似模型,并利用粒子群算法对响应面近似模型进行多目标寻优。优化结果表明,精调车结构自重下降了6. 78%,第5阶固有频率上升为15. 67 Hz,满足了悬臂处静刚度设计要求,研究结果可为类似的精调车结构设计和改进提供参考。     

某数控加工中心换刀机械手动力学仿真与分析

将某型号数控加工中心换刀机械手结构进行简化,分析换刀机械手的工作原理。应用UG软件建立换刀机械手的三维模型,将模型导入ADAMS软件中,并建立驱动、约束、接触和弹簧,得到换刀机械手的虚拟样机模型。通过仿真得到关于换刀机械手的各项参数。建立参数变量,对换刀机械手中弹簧的刚度系数进行参数化建模。应用ADAMS软件中的DS(设计研究),对换刀机械手中弹簧的刚度系数进行优化和分析。     

基于响应面法的挖掘机三油缸结构动臂轻量化设计

考虑到三油缸结构动臂的结构特殊性,以及传统经验方法在结构设计上的保守性因素,提出了基于响应面法的变厚度轻量化设计方法,并搭建了基于多学科优化软件Isight、有限元软件Nastran以及利用Python语言二次开发的集成优化环境。基于板壳理论与测试数据建立了三油缸结构动臂危险工况的有限元参数化模型,并以其主要板厚尺寸为初始设计变量,以结构强度、刚度及重量为模型响应,结合最优拉丁超立方设计法对初始变量进行了灵敏度分析,使用筛选后的设计变量拟合响应面模型(RSM);以结构强度和刚度为约束条件,动臂质量最小为目标函数,采用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明,在保证结构性能的前提下,该方法轻量化设计后的动臂减重14.7%,优化效率较有限元模型提高84%左右,优化效果显著且大幅度缩短了设计周期。     

基于灵敏度分析的节能赛车车架轻量化设计

在ANSYS软件中建立节能赛车车架的参数化有限元模型,进行弯曲工况的分析,得到车架的最大变形量,并以最大变形量为目标函数对车架进行刚度灵敏度分析,找出灵敏度系数高的设计参数作为优化设计分析的设计变量.在保证刚度和强度的条件下以车架体积作为目标变量进行优化设计分析,通过优化设计分析的结果,选择最合适的铝合金管材截面尺寸,从而实现车架轻量化的目标.     

JSTZG-40型铁钻工伸缩臂机构研究与有限元分析

首先运用软件SolidWorks对JSTZG-40型铁钻工伸缩臂机构进行三维建模,其次对伸缩臂机构的强度进行了有限元分析,仿真和分析结果表明:伸缩臂机构在受到最大推力时,最大应力产生于后臂上支臂与钳头座铰接处,受到最大扭矩时,最大应力产生于前臂上支臂与连接座铰接处,且均小于材料屈服强度;最大变形位移在安全的范围内.     

注塑机械手的动态多目标优化

为了满足在保证注塑机械手初始动态刚度的条件下达到整机轻量化的要求,提出基于整机质量、一阶最大变形量和一阶固有频率为目标函数的整机多目标优化设计方法。运用ANSYS软件对参数化模型进行模态分析。使用中心复合设计的试验方法选取合适的结构有限元分析样本点,对样本点处的整机动态特性进行计算和分析,建立反映结构设计输入与响应输出关系的二次多项式响应面模型。建立注塑机械手的多目标优化数学模型,比较分别使用多目标遗传算法、筛选算法、非线性二次规划算法获取的Pareto解集得到最优解。对基于加权平均法的灵敏度分析得到的各设计变量灵敏度值平均数进行排序,可以帮助设计人员淘汰部分设计变量,从而提高优化效率。最后,在保证注塑机械手整机动态性能不降的前提下,整机质量减轻了11.27%。结果表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

随车起重机伸缩臂截面多目标优化

为了提高某火箭炮弹药装填车随车起重机伸缩臂的结构刚度,减轻结构质量,建立了随车起重机伸缩臂参数化模型,并对伸缩臂在水平受载状态下进行仿真分析。以伸缩臂截面尺寸参数为设计变量,借助最优拉丁超立方试验设计建立样本空间,构造响应面多项式函数近似模型。在此基础上,利用NSGA-Ⅱ型遗传算法对伸缩臂自身重量、挠度进行多目标优化。优化结果表明:伸缩臂质量减轻了24.5%,减重效果明显。文中所采用的将参数化建模、有限元分析和数值寻优相结合的优化方法,可为起重机伸缩臂截面优化提供一定的参考。     

基于Nastran的无人机机翼结构分析与优化

对打样设计中采用蒙皮、翼梁和翼肋结构的机翼,通过UG建立模型,运用Nastran软件进行有限元分析,确定其满足强度和刚度要求。对机翼结构部件进行灵敏度分析,确定蒙皮是对机翼性能影响最大的设计变量,并将其作为优化对象。在保证机翼结构强度和刚度的条件下,对蒙皮轻量化设计,得到蒙皮对机翼性能影响规律及最优蒙皮厚度。优化后机翼质量减轻37.19%。     

基于ANSYS的SF-22码垛机机械手结构设计及分析

运用有限元分析软件ANSYS对SF-22码垛机的机械手结构进行受力分析,包括机械手在上升状态下,以及其在整个码垛过程中的危险位置进行受力分析。研究了对于机械手框架强度有影响的参数,分析了其框架的静动态特性,校核了机械手框架的强度、刚度等参数,其结果满足作业过程中对于码垛机机械手强度及刚度的要求。保证了工作的稳定性及可靠性,延长了整机的使用寿命,得到了较为满意的设计方案。     

两自由度并联机械手的参数化设计与研究

以两自由度并联机械手为研究对象,运用ADAMS软件建立虚拟样机模型并仿真,并采用并联机械手设备对模型进行验证。以主动臂最大转角范围为优化目标,对并联机械手的虚拟样机的主动臂臂长、从动臂臂长、位置偏置距离进行参数化设计和优化设计。     

主从机械手手爪设计与优化

根据核电站使用机械手高可靠性要求,提出了手爪连杆机构设计方案。该方案采用钢丝绳拉动四边形连杆机构实现抓举动作。针对该方案,提出以机构的最优力传递性能作为目标,通过Matlab计算确定连杆最优尺寸。按照功能性和轻量化要求,完成整个手爪的结构设计。经过Workbench对机构强度进行有限元分析,运用子模型分析法得到精确的最大应力值,结果为该值超过了材料的许用应力,对外臂尺寸进一步尺寸优化。运用响应曲线法得到优化参数与优化目标之间的关系,据此得到最优参数。经过优化后的手爪满足了设计要求。通过这种设计方法设计出一种尺寸合理,结构可靠的机械手爪,并缩短了设计周期。     

基于拓扑优化的装载机工作装置结构轻量化设计

基于拓扑优化对装载机工作装置结构进行轻量化设计,建立装载机工作装置的有限元模型,在五种工况下对工作装置进行有限元分析,得到应力云图,显示动臂的应力裕量较大。通过HyperWorks软件Optistruct模块建立动臂参数化模型,以质量最轻为目标函数,以动臂两侧板各单元相对密度为设计变量,以结构强度和刚度为约束条件,进行轻量化设计。结果表明,在满足结构强度和刚度的条件下,动臂的质量减轻19.25%。对优化前后的动臂实体模型进行模态分析,确认前六阶频率和振型变化不大,动臂的动态性能稳定可靠。     

100t铁路起重机箱形伸缩吊臂结构的模糊优化设计

对100 t铁路救援起重机箱形伸缩吊臂进行模糊优化设计。考虑强度、刚度、稳定性和几何参数约束的模糊性,以吊臂自重最轻为目标,吊臂截面参数为设计变量,建立了非对称模糊优化模型,采用最优水平截集法求解。应用混合离散变量优化的MDOD优化子程序和遗传算法,分别编写相应的优化程序进行计算,在传统优化的基础上使吊臂自重降低了9%左右。     

基于结构可靠性的控制臂轻量化设计

通过对某轿车控制臂的原模型刚度和强度进行有限元分析,基于结构可靠性要求,以控制臂本体截面尺寸为设计变量,以总体积最小为优化目标,建立控制臂的轻量化设计模型。应用OptiStruct软件进行尺寸优化分析,最终得到满足结构可靠性要求的轻量化设计方案。     

碳纤维下控制臂轻量化设计

以双横臂悬架的下控制臂为研究对象对其进行轻量化设计,为得到结构和碳纤维铺层参数对下控制臂刚度和强度性能的影响,采用了试验设计的方法。以下控制臂结构、铺层顺序和0°铺层占比作为影响因素,设计了三因素三水平正交表,研究它们对该下控制臂刚度和强度性能影响的主次顺序,并得到较佳的组合方案,将碳纤维下控制臂结果与原金属下控制臂进行比较。碳纤维下控制臂最大位移和最大应力均低于原钢质控制臂,失效因子小于1,且质量比原钢质下控制臂减轻了63.95%。结果表明,碳纤维下控制臂在轻量化的同时,其刚度和强度性能均满足设计要求。