拓扑优化在XH2725机床横梁结构优化中的应用

基于连续体ICM拓扑优化方法，以动力学仿真分析为基础，利用先进的有限元分析软件，建立了某数控加工中心横梁结构拓扑优化模型。根据对模型的拓扑优化结果分析，确定了横梁的最佳结构方案，仿真结果表明其动、静态特性有较大提高。     

拓扑优化在XH2725机床横梁结构优化中的应用

基于连续体ICM拓扑优化方法,以动力学仿真分析为基础,利用先进的有限元分析软件,建立了某数控加工中心横梁结构拓扑优化模型.根据对模型的拓扑优化结果分析,确定了横梁的最佳结构方案,仿真结果表明其动、静态特性有较大提高.     

高精度加工中心床身结构拓扑优化研究与实践

采用变密度法对某叶片加工中心的床身进行拓扑优化分析,得到床身结构的拓扑优化变密度云图,用静刚度分析结果将床身结构分为主功能区和辅助功能区;分析比较了不同筋板布局形式和厚度的床身动态特性。将拓扑优化与动态性能分析相结合,分别改进两个功能区的筋板布局来提升床身整体性能。在原有床身质量不变情况下,静刚度提高25%,第一阶固有频率提高13%。这种结构设计方法,具有工程应用价值。该研究结果对提升机床基础件刚度及稳定性提供理论支撑,对数控机床大型基础件结构优化具有借鉴意义。     

基于Lanczos法的模态重分析法在拓扑优化中的应用

在拓扑优化中,经常要求对结构进行修改,快速准确地计算修改后结构的低阶特征值对于提高整个结构优化的效率非常重要。将基于Lanczos算法的模态重分析法应用于拓扑优化过程中,利用初始结构模态分析结果,结合Lanczos算法和投影技术,采用缩减基方法求解修改结构的固有频率和振型, 则该方法同时具备了Lanczos向量快速收敛的优点和基于全局近似的缩减基向量的高精度。刚架算例验证了该重分析法的高精度。固支方形板和车架结构优化结果表明,该方法在保证求解精度的同时能够在一定程度上提高优化迭代速度。     

基于功能截面分解的大型横梁拓扑优化

针对复杂载荷工况下横梁等大型三维结构件拓扑优化结果可读性差、无法对结构优化提供有效指导的问题,提出基于功能截面分解的拓扑优化方法。基于力的分解与等效原理,将三维实体分解为三个平面内的二维功能截面,根据各功能截面的受力方式确定其抗弯或抗扭属性;在此基础上,分别对两个主要承载的功能截面进行二维拓扑优化分析,并综合二维功能截面分析结果完成三维实体的整体拓扑优化,实现了将三维实体拓扑优化问题转化为二维功能截面的拓扑优化问题。以CXK5463车铣加工中心横梁为例,对结构拓扑优化效果进行了验证,仿真实验结果表明,功能截面分解方法可以得到清晰的应力传递路径,在保证横梁静动态特性基本稳定的基础上,横梁减重12.67%,优化效果较为明显。提出的方法可为大型、重型复杂结构件的拓扑优化研究提供借鉴与参考。     

基于不同过滤函数的ICM拓扑优化混合建模方法

基于独立连续映射（ICM）法中设计变量独立性的特点，提出一种混合插值建模方法。该方法基于两类常见插值函数分别对单元体积、单元刚度阵进行过滤识别，通过两两组合，得到四种不同的拓扑优化模型。四种模型中，除体积目标函数一、二阶导数表达式不同外，它们的结构响应量的敏度分析和优化建模方法相同，从而保证了优化求解算法的一致性。通过拓扑优化数值算例对比分析了不同模型参数下的拓扑优化结果，结果表明，混合建模方法在连续体结构拓扑优化建模中具有可行性和有效性。     

基于多频拓扑优化的深孔机床床身动态分析

为了提高深孔钻床床身的抗振性并减轻重量,将多频拓扑优化技术引入床身的结构设计,对其进行了动态特性研究。首先利用ANSYS有限元分析软件对原床身结构进行了模态分析,识别出床身结构的薄弱设计;其次,以床身的前三阶固有频率最大化为目标函数,以床身质量为约束条件,对床身进行多频拓扑优化;在此基础上,根据密度云图所示材料分布,对床身筋板进行重构设计;最后,对优化前后的床身进行谐响应分析,对其动态性能进行了验证。结果表明:优化后床身的前三阶固有频率显著提高,同时质量也下降了4.08%,从而达到了提高其动态性能和减重的优化目标。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

基于有限元的车架动态特征拓扑优化仿真分析

通过有限元模态分析的方法对车架运行阶段的动态特征进行优化。通过拓扑优化的方法达到车架优化的效果,对比了改进后的车架与采用有限元分析方法分析结果之间的区别,结果显示,经过优化车架6阶模态频率之后可以避免产生共振的现象,达到了更优的车架动态特征。通过上述方法进行处理后可以进一步提高车架的结构尺寸精度,可将本文方法作为车架加工模式优化的一项参考依据。     

基于动力学仿真的零件拓扑优化方法研究

针对运动机构中零件拓扑优化设计的问题，提出一种以动力学仿真分析为基础、以拓扑优化计算为核心的优化设计方案，避免了针对单一工作时间点进行零件拓扑优化设计的风险，保证了复杂运动机构中零件拓扑优化方案的可信度。以发动机配气机构中某零部件为例，介绍了新的设计流程的应用过程。     

基于有限元分析的机床床身模态分析与拓扑优化

机床床身作为机械加工设备的重要组成部件和基础部件,其静态特性和动态特性直接影响着机械加工设备的加工精度及其工作稳定性.以某经济型数控车床的床身为研究对象,联合运用三维实体造型软件Pro/E和大型有限元分析软件ANSYS,对研究对象进行模态分析和结构拓扑优化,再结合实地测量实验数据对此经济型数控车床的床身结构进行优化并确定合理的床身结构,为同类型数控设备的设计与制造提供理论依据与参考.     

拓扑优化在电梯轿厢架支撑结构设计中的应用

文中把拓扑优化设计理论引入某电梯轿厢架的支撑结构设计中,利用先进的有限元分析软件,完成了多工况下的电梯轿厢架支撑结构的拓扑优化设计。确定了轿厢架支撑结构的最佳结构布置方案,为后续设计提供指导。     

非设计集合的高速立式数控加工中心立柱的拓扑优化

基于连续体ICM拓扑优化方法,笔者提出了不在体积约束下的多阶频率加权和为目标函数,考虑非设计集合的拓扑优化方法。在CAD/CAE设计系统中,针对高速立式加工中心的动态特点,确定加工中心的关键结构件立柱为优化对象,并考虑其它重要零件影响。根据此方法设计的高速立式加工中心立柱,使得整机动态特性有很大提高。     

柔性剪切蒙皮支撑结构的拓扑优化

为了求解关于柔性剪切蒙皮支撑结构的多目标拓扑优化问题,提出了一种带有多重约束处理能力的位矩阵表示的非支配排序遗传算法。采用位矩阵作为遗传算法的染色体并引入基于矩阵操作的遗传算子,利用Ansys有限元分析获得结构质量、面内剪切性能和面外承载能力等目标。利用Matlab处理结构连通性和面内应变等约束并实现了基于矩阵的优化算法,获得了一系列可行的柔性剪切蒙皮支撑结构,在实际应用中可以根据需要选择合适的结构。从研究结果可以看出,该算法可以给多目标二维结构拓扑优化问题提供可行有效的解。     

基于拓扑优化方法的大型液压挖掘机斗杆新型结构

以斗杆结构强度为基准,采用结构优化的方法,设计了大型液压挖掘机正铲工作装置斗杆新结构。采用离散元方法,构建矿山岩石模型,获得铲斗挖掘阻力;采用多体动力学方法,搭建大型液压挖掘机正铲工作装置刚柔耦合动力学模型,获得挖掘机斗杆挖掘工况斗杆动态载荷,并对斗杆进行动态结构强度分析;采用SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法,在有限元中对斗杆结构进行拓扑优化设计,获得大型液压挖掘机正铲工作装置新型斗杆结构;对新型斗杆结构进行动态结构强度分析,斗杆结构强度保持原有水平。研究结果表明,通过拓扑优化后得到的新型斗杆,结构强度与类比设计一致,但质量减小。     

汽车驾驶室后悬置支架的拓扑优化设计

阐述了借助于Hyper Works软件的拓扑优化和形状优化技术,实现驾驶室后悬置支架减重优化设计的过程,并结合实际受力情况对传统优化设计与拓扑优化设计方案做了有限元验证对比分析.结果表明,经减质优化后的支架,应力值大幅减少,应力分布更加均匀,相对原始结构质量明显减少,能够满足产品的使用性能和铸造工艺性能要求.     

基于 Ａｌｔａｉｒ- ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ标准型动车机箱 结构拓扑优化设计

利用 Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ软件对标准型动车机箱结构进行了有限元分析,通过分析充电机机箱多种承 载工况,确定各工况的最优权重系数,进行了结构的综合目标设计优化,最终得出蒙皮加强筋的最佳布局型 式,其一阶模态频率提高了５６．１８％。同时为了保证机箱静动态承载性能的前提下对机箱部件进行拓扑优 化,部件质量减重２．１０ｋｇ。本文对机车充电机机箱结构的优化研究具有一定的工程意义和参考价值。     

机载SAR天线座连接支架的拓扑优化设计

拓扑优化方法在雷达天线座的减重设计中具有突出优势,特别适合于大型精密雷达和机载雷达天线座的结构优化设计。文中建立了连接支架的拓扑优化模型,以单元密度为设计变量,体积分数上限为约束条件,加权应变能最小化为优化目标,对机载SAR天线座连接支架进行了拓扑优化设计。考虑到结构美观和制造性,添加了对称平面约束和拔模约束。结果表明:拓扑优化结果符合仿生学原理,在减轻质量的同时,也提高了结构性能。     

多工况下变速箱箱体结构的拓扑优化设计

针对变速箱系统的多载荷工况特性,建立箱体结构的有限元模型,对其进行静力分析和模态分析,得到各工况下箱体的应力和位移云图,在此基础上对结构进行应力、位移和体积比分数约束下第一阶固有频率最大化的拓扑优化设计,根据结构的材料密度分布云图结果对其进行改进设计,改进后的结构较初始设计质量减小19kg。对改进后的结构进行再分析,结果表明该箱体结构的拓扑优化设计是可行的。