基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值,以结构拓扑和索力值为设计变量,以Von Mises应力为约束条件,建立了以结构质量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上,首先以结构储存应变能最小(刚度最大)确定施加在结构上的索力值,然后采用渐进结构优化法删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

基于结构优化方法的单缸机机体轻量化设计

采用拓扑优化和形状优化相结合的集成优化方法,研究了结构优化方法在发动机气缸体轻量化设计中的应用.拓扑优化采用变密度方法,以缸体总柔度最小化为优化目标,以缸体重量为约束条件;应用形状优化对曲轴箱两侧壁面的厚度进行优化,以减重为优化目标,以最大应力不超过原缸体应力为约束条件.在最大爆发压力工况下优化后的缸体最大应力比原缸体低,应力分布更加均匀.结构优化方法应用于缸体的等强度轻量化设计,容易确定缸体的最佳形状,减少了重复设计验证的次数,可以大幅度缩短产品设计周期.     

基于拓扑和尺寸组合优化的ATV车身轻量化研究

针对车身结构在概念设计阶段出现的拓扑优化结果不连续,结构优化设计周期时间长等问题,基于optistruct优化软件,提出一种拓扑和尺寸组合优化模型.该模型可以同时进行尺寸优化和拓扑优化设计,得到车身蒙皮优化尺寸和最优的车身骨架加载路径,同时缩短了结构的概念设计阶段的设计周期.以ATV车身的结构优化设计为研究对象,对比优化前后的分析结果,在不降低结构性能的前提下优化后的结构减重105.5kg,验证了该方法的可行性.     

排气管焊接夹具夹爪的优化设计

利用有限元软件ANSYS Workbench对排气管焊接夹具夹持机构的夹爪进行静力学分析,得到夹爪的变形和应力分布情况。在夹爪满足排气管焊接中强度和刚度要求的前提下,对夹爪采用多目标优化中的响应面优化法对其进行尺寸优化,首先建立夹爪优化的数学模型,设置目标函数和约束条件,然后将夹爪各个尺寸进行参数化,通过计算得到夹爪最优设计尺寸。再采用变密度法对夹爪结构进行拓扑优化,以减轻其质量。将夹爪优化前后的变形和应力分布情况进行比较,结果显示优化后夹爪在应力和变形满足设计要求的情况下,夹爪的重量减轻了18.2%。     

预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.     

考虑碰撞工况的车架轻量化设计

针对车辆行驶安全的前提下结构的轻量化设计问题,本文以某公司城市客车为研究对象,利用Solidworks软件简化模型,进行参数化设置,并导入Workbench中进行正面碰撞仿真,得到优化前车架变形量.选取车架7个横梁结构尺寸作为优化变量,以车架质量最小作为优化目标,以最大应变作为约束,结合Kriging近似模型和NSGA...     

拓扑优化在车架轻量化设计中的应用

利用OptiStruct软件,通过将刚度最大问题转化为柔度最小,选取车架作为研究目标,采用密度法对其进行拓扑优化,利用拓扑优化得到的密度云图作为轻量化设计的材料分布思路,完成新模型的构建,并验证优化方案的可行性,在满足其各种工况性能要求基础上,质量减轻3.11%。为进一步对整车及零部件应用拓扑优化提供参考。     

喷浆台车机械臂的静动态特性分析及拓扑优化

针对国内喷浆台车需求量日益增长而其机械臂动静态性能不良的问题,对喷浆台车机械臂建立了有限元模型,对其进行了模态分析。为改善喷浆台车机械臂的静动态性能,以柔度最小作为优化目标,以油缸连接板质量体积分数和机械臂所受应力作为约束条件,对原机械臂进行了拓扑优化,并根据拓扑优化的结果对原喷浆台车机械臂进行了重新设计。优化结果表明,优化后的新机械臂质量减少了37 kg,减少了约8%的质量;第一阶弹性模态固有频率由81.23 Hz提高到89.09 Hz,最大应力在规定工况下降低9%。由上述结果可看出,喷浆台车机械臂大臂结构综合静动态性能得到了较大的提升改善。     

悬置支架结构的有限元分析与拓扑优化设计

卡车驾驶室悬置支架是重要的连接构件之一,为了在产品设计阶段寻求最佳设计方案,利用通用有限元分析和优化软件Hyperworks7.0,以柔度为目标,以体积作为约束条件,结合零件的结构、约束、受力等特点,对驾驶室悬置支架进行了有限元分析和结构拓扑优化,并在优化基础上进行了二次设计.与传统设计支架相比,优化设计支架最大应力减小50.6%,质量减少14.6%.基于有限元法的结构分析和拓扑优化,能在产品开发阶段主动寻求最优方案,对提高产品质量、缩短设计周期有重要作用.     

微电容加速度计多目标结构拓扑优化设计

针对微电容加速度计一阶固有频率和横向抗干扰能力进行多目标拓扑优化设计,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大和横向抗干扰能力最强的多目标结构拓扑优化模型,以体积比作为约束条件,采用优化准则算法进行迭代求解,获得在不同权值下的微加速度计弹性梁和质量块的多种优化的结构拓扑形式,计算结果表明,通过多目标结构拓扑优化设计可以有效地提高微电容加速度计的综合性能.     

水平集拓扑优化方法的改进

基于水平集方法和形状灵敏度分析，采用梯度法实现了柔性目标函数的拓扑优化设计。该方法通过隐含边界水平集方程诱导几何边界演化，引入最大剪应力准则构造拓扑结构。算例表明，采用该方法可以避免拓扑优化过程对初始拓扑结构的依赖性，可以弥补水平集优化方法不能开新孔的缺陷。故该方法在复杂结构和模具优化设计中具有重要意义。     

水平集拓扑优化方法的改进

基于水平集方法和形状灵敏度分析,采用梯度法实现了柔性目标函数的拓扑优化设计。该方法通过隐含边界水平集方程诱导几何边界演化,引入最大剪应力准则构造拓扑结构。算例表明,采用该方法可以避免拓扑优化过程对初始拓扑结构的依赖性,可以弥补水平集优化方法不能开新孔的缺陷。故该方法在复杂结构和模具优化设计中具有重要意义。     

拱坝二维水平拱圈的拓扑优化研究

利用均匀化拓扑优化方法,根据拱坝特点,以体积最小为目标,对拱坝的体形优化进行了探讨分析;基于ANSYS有限元分析软件,以工程中某拱坝二维水平拱圈为例,进行了详细的拓扑优化分析,得到了较为满意的结果,这表明均匀化拓扑优化方法应用于拱坝水平拱圈的设计是可行的.     

一种非线性约束优化的微粒群新算法

通过对标准微粒群算法(PSO)改进,采用动态罚函数的方法,提出了一种求解非线性约束优化问题的新算法.由于使用了一种新的适应度函数,该算法具有很强的全局寻优能力.     

拓扑优化方法在拱坝设计中的应用研究

利用拓扑优化方法中的均匀化方法,根据拱坝特点,以体积最小为目标,对拱坝的体形优化进行了研究;基于ANSYS有限元分析软件,对拱坝二维水平拱圈的拓扑优化进行了详细分析,得到了较为满意的结果,这表明拓扑优化方法应用于拱坝体形优化设计是可行的.     

改进遗传算法在桁架拓扑优化中的应用

基于桁架拓扑优化,对遗传算法提出了一些改进措施,形成了一种高效综合的遗传算法。在桁架的截面尺寸和拓扑结构混合设计中,对尺寸变量和拓扑变量分别进行二进制编码、交叉和变异,得到桁架拓扑结构和杆件截面尺寸的初解,适当降低尺寸变量编码精度,以加快算法的收敛速度。然后对截面尺寸重新编码,以较高的尺寸精度进行搜索,为了防止陷入局部最优解,取部分初解加入新的父代。算例表明,该算法对离散变量的桁架拓扑优化是快速有效的。     

自卸车举升结构三角臂优化设计

以某重型自卸车为研究对象,基于SIMP插值优化方法,以构件举升三角臂体积最小作为优化目标,通过OptiStruct对机构中三角臂进行拓扑优化迭代得到新结构,之后进行强度校核,将计算结果与实际产品已知参数和数据进行对比,验证设计的合理性,同时使新零件的质量和体积减少52.4％,结果表明该方法能够很好地解决体积或质量的结构优化问题,为自卸车工程设计的结构改进和性能提升提供一种新的思路.     

基于PRO/E行为建模技术的弹簧优化设计研究

文中利用PRO/E三维软件建立了圆柱压缩螺旋弹簧优化设计的模型,将弹簧的基本结构参数作为设计变量,质量最小作为优化目标,强度、刚度、稳定性等要求作为设计约束条件,用行为建模方法设置优化参数并建立分析特征,对机械弹簧进行优化设计,方便快速计算出了符合设计要求且质量最小的弹簧,为弹簧的优化设计提供了一种新的方法。     

新型柔性护栏端头结构的拓扑优化

为了研发出一种能够满足我国新法规的新型柔性护栏端头,根据国内新出台的评价标准,利用汽车-护栏有限元模型仿真分析和实车足尺碰撞试验相结合的方法,并结合元胞自动机的拓扑优化方法,展开对客车碰撞条件下的新型柔性护栏端头结构拓扑优化分析。利用耐撞性拓扑优化方法,对新型柔性护栏端头设计区域进行5种不同工况下的拓扑优化分析,并得出新型柔性护栏端头结构拓扑构型;最后,利用仿真软件针对所提取的"四角弧度"端头拓扑构型进行仿真验证分析。分析结果表明:收敛构型与原构型的质量分数比为0.3的端头拓扑构型能够有效避免现有柔性护栏端头由于强度过高以致车体发生绊阻和乘员加速度过大以及翻车事故的发生,车体X、Y、Z轴的最大加速度分别为11.0、0.38、4.0g,均小于评定标准的20g,满足碰撞安全性标准要求,可为公路护栏提供足够约束力,保证公路护栏的正常防护能力。