具有提升功能的新型柔性铰链设计

针对目前具有提升功能的柔性铰链设计较少的情况,设计了一种新型提升平板折展柔性铰链(the lifting lamina emergent joint,L-LEJ),给出了其三维结构,采用伪刚体模型法推导了该提升铰链的拉伸等效刚度计算公式。通过对设计实例进行有限元仿真分析,并与应用公式计算得到的拉伸等效刚度理论值进行对比,得到拉伸刚度的理论值与仿真值基本一致,误差在5%以内,验证了拉伸等效刚度计算公式的正确性。最后,通过9组不同结构参数设计实例的理论计算和仿真分析,进一步验证了该拉伸等效刚度计算公式的有效性。     

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。     

高速旋转接头芯轴的静力学与模态分析

静力学与模态分析的结果能反馈结构的设计和参数是否合理.利用有限元软件Ansys WorkBench对三维建模后的旋转接头芯轴结构进行静力学和模态分析.计算求得芯轴在静力状态下的等效应变、应力、位移和在模态分析下的低阶固有频率,并得到其应力、应变、位移、固有频率下的云图,使芯轴在设计的时候可以加强易磨损处的刚度和避开共振频率,对旋转接头芯轴的结构设计以及参数优化有一定的指导意义.     

DN80型燃气电磁阀可靠性分析及结构优化设计

燃气电磁阀是燃气系统中重要的零件,在设计研发阶段对其进行可靠性分析和结构优化是必要的.基于Unigraphics NX软件建立了其三维模型,结合Ansys workbench的geometry几何模块和static structural静力分析模块对其进行有限元分析,得到其等效应力云图和变形最大值及其位置和可靠度数值,发现其等效应力位置和变形最大位置出现应力集中现象,对该关键位置进行结构优化,并进行有限元分析发现,通过结构优化,等效应力由65.797 MPa降低为13.575 MPa,最大的变形量为由0.11092 mm降低为0.0043326 mm,可靠度由0.942提高到0.995,优化后的电磁阀整体性能得到提高.研究方法为燃气电磁阀的设计与优化提供了依据,节省研发成本,缩短设计周期.     

极端工况下某汽车前横向稳定杆的轻量化分析

为解决高尔夫6汽车前横向稳定杆轻量化问题,提高前横向稳定杆的结构可靠性与强度,对前横向稳定杆空心化,并采用高强度钢等为设计变量,在其许用范围内,以质量最轻、满足设计要求为目标进行了前横向稳定杆的结构优化.通过Solidworks软件建立三维模型,采用有限元分析方法,仿真得到了应力分布图和横向稳定杆位移分布图.对轻量化后的稳定杆进行两种极端工况分析、扭转刚度分析和模态分析,并与理论计算值进行对比,结果表明在横向稳定杆减重1.561kg(约20%)的情况下,仍满足强度刚度要求,同时不会与发动机工作频率发生共振.     

基于有限元的压架零件静态分析

基于ANSYS软件的功能，对PYQ202C平压压痕切线机压架进行了静态分析，得出了压架在工作载荷下的Von-miss等效应力和变形分布云图，通过改进了零件的结构设计，调整了压架各部分的应力分布和变形分布，使各部分的应力和变形值更加合理，既保证零件的强度和刚度，又最大限度地节省材料的使用量，从而降低了压架的重量和制造成本。     

自升式可旋转跨越架设计与性能分析

文章分析了传统跨越架存在的问题,提出并设计了自升式可旋转跨越架,对新型跨越架进行了仿真分析。分析表明,新型电力跨越架满足强度、刚度和稳定性的要求,经济性良好。     

钢板剪力墙振动台试验的等效模型

为解决钢框架钢板剪力墙结构振动台试验缩尺模型中的剪力墙钢板厚度过薄的问题,依据结构初始抗侧刚度或承载能力等效的原则,提出中心支撑和I形钢板剪力墙两种等效模型,采用数值分析的方法,通过有限元软件ABAQUS建立精细化模型,对原型结构的钢板剪力墙和等效模型的刚度与承载力等抗震性能进行了对比分析。研究结果表明：两种等效替代模型均具有良好的耗能能力,能够在抗侧刚度或承载能力方面满足原型结构的等效设计要求,解决了模型结构中剪力墙钢板厚度小的难题;中心支撑等效方案仅可实现剪力墙的刚度或承载力单目标等效,而I形钢板剪力墙可以通过控制开洞口的尺寸,实现其刚度和承载力同时等效,为钢板剪力墙振动台试验模型的等效替代提供了参考。     

拓扑优化机载控制台的整机随机振动分析与试验

机载控制台是飞机电子设备的重要组成部分,随机振动是使其结构失效的主要因素。基于ANSYS Workbench软件平台对某机载控制台所处的实际工作环境进行随机振动模拟分析,分别获得了传统设计、拓扑优化设计下控制台整机方向的位移、等效应力云图;对拓扑优化控制台进行随机振动可靠性试验, 获得了某特征点的随机振动加速度响应曲线。模拟分析和实际可靠性测试结果表明:拓扑优化控制台结构刚度大、动态性能好,满足强度要求,结构设计合理、可靠;所建立的有限元分析模型是合理的,所获得的仿真结果是可信的。这为机载设备的设计提供理论参考。     

基于Ansys Workbench对平板清障车托臂结构分析与优化

为了对平板清障车托臂进行合理的结构设计和力学分析,本文对其关键结构托臂进行了刚度与强度的研究,并对传统经验设计下的结构进行优化设计。采用Solidworks软件对托臂进行三维建模,导入Ansys Workbench软件模拟托臂的受载情况,并对托臂进行静力结构分析和仿真;根据托臂在极限状态下的3种工况,对托臂的刚度和强度进行分析,并对托臂的结构进行优化。研究结果表明,改进后基本臂的最大等效应力为372.84 MPa,小于屈服强度550 MPa,比许用应力367MPa仅多出5.84MPa,所以改进的基本臂满足强度要求;改进后伸缩臂的最大等效应力为259.47MPa,小于许用应力,满足强度要求;改进后的托臂整体位移最大为52.71mm,说明改进后托臂刚度得以提高,变形减小。该研究对平板清障车托臂的设计具有指导意义。     

基于概率的柔性铰链机构的优化设计

研究了具有随机参数的平面柔性铰链机构的位移放大和刚度性能的优化问题．从概率统计角度出发，将各设计参数看作随机变量，建立了基于概率的柔性铰链机构优化设计模型，并用Monte Carlo模拟法得到了柔性机构性能及一些约束函数的均值和方差，优化设计求解采用Lagrange乘子法，利用分布函数法将模型中的可靠性约束等价处理为常规约束形式，通过优化设计得到了优化设计向量．根据所得优化设计向量分别得到了机构性能的计算结果，结果表明，当设计参数分散性变大时，优化设计结果偏于保守。     

基于CFD的新型结构静压油垫数值仿真技术

为了提高重载数控机床静压转台的承载能力和油膜刚度,提出了一种具有多环形流道油腔和阻尼型封油边结构的新型静压油垫,并对其性能进行了研究.在对静压油垫结构优化设计的基础上,利用CFD(computationalfluid dynamics)数值仿真技术,采用二维轴对称流动模型对新型结构静压油垫的流场特性进行了仿真分析,得到了新型静压油垫的内部流场特性,计算出油垫的承载能力和油膜刚度,并与单腔体、单平面封油边结构的静压油垫进行了对比.研究表明:新型静压油垫能通过在阻尼流道和阻尼槽内形成紊流,增加流动液阻,实现压力增益,并可在阻尼槽处产生局部静压效应,从而使新型结构静压油垫的承载能力和油膜刚度较传统结构静压油垫有所提高;此外,采用CFD技术有助于对复杂结构的静压油垫进行优化设计与性能计算,从而提高设计效率和计算准确性.     

柔性索对空间索杆铰接式伸展臂性能影响分析

为了研究柔性索对空间索杆铰接式伸展臂力学特性及稳定性的影响,对伸展臂自平衡状态的受力情况进行分析,计算出满足伸展臂承载结构的最小索拉力设计值.计算表明,伸展臂展开驱动力矩随索拉力的增加而成比例增大;伸展臂的轴向拉伸刚度、剪切刚度和扭转刚度随着索的抗拉刚度增加而增大;静刚度实验表明索张力对静刚度几乎没有影响.仿真分析表明,增加斜拉索直径可以提高伸展臂的扭转振动频率,而斜拉索直径及张力对伸展臂的弯曲和轴向振动频率影响较小.对不同索张力的伸展臂桁架单元进行了动力学试验,验证了仿真分析的正确性.伸展臂铰接结构受力分析表明,增大索张力有利于提高伸展臂稳定性.     

钢制组装式车轮的轻量化设计及多目标优化

设计了一种以热轧高强钢作为内轮辋、低碳钢作为外轮辋材料的异种钢材组装式车轮,提出一种车轮多种工况下循环载荷疲劳耐久试验方法,对车轮进行疲劳寿命预测. 基于有限元法,计算不同位置下施加载荷时车轮的强度、刚度,不同应力频率下的疲劳寿命和安全系数,并分析出局部大应力关键部分. 以转弯工况建立参数化模型,定义了8个结构设计变量,利用最优拉丁超方实验设计方法选取初始样本点,拟合了车轮Kriging近似模型,以车轮最小质量、疲劳寿命和疲劳寿命安全系数最大为目标,并以应力、最大形变量为约束,对车轮进行多目标优化,并进行弯曲疲劳试验验证. 结果表明,异种钢材组装式车轮在优化后,性能良好,满足设计寿命要求,质量较优化前车轮减重9.73%.     

环形橡胶径向刚度特性仿真分析

利用ANSYS软件建立了环形橡胶的有限元参数化模型,将对模型仿真所得结果与已有数据进行对比,验证了仿真模型的正确性,实现了环形橡胶径向刚度的快速计算.在此基础上,分析了内外圆柱面半径与轴向长度对环形橡胶简化径向刚度值的影响,研究了环形橡胶的径向刚度特性,确立了在环形橡胶实际设计中需要考虑的要点,为环形橡胶的设计提供了依据.     

蜗杆传动的多目标模糊优化及Matlab算法实现

将多目标模糊优化设计应用于普通圆柱蜗杆传动设计.以普通圆柱蜗杆传动的蜗杆头数、模数、直径系数为设计变量,以蜗轮齿冠体积最小,蜗杆刚度最大,即蜗杆轴的挠曲量最小为目标函数,建立了蜗杆传动多目标模糊优化的数学模型和求解优化问题的基本思路及方法.应用Matlab优化工具箱实现多目标模糊优化的算法,编写了实现蜗杆传动多目标模糊优化程序,得出最优解,与原设计方案相比,体积下降36.72%,蜗杆轴挠度下降了84.48%,显著提高了传动刚度.     

微型电动车车架结构分析与优化设计

汽车车架作为汽车联结各种零部件的基体,承载着来自路面和其他部件的各种复杂载荷的作用,其刚度与强度对汽车整体设计起到重要作用。对车架进行改型设计是产品优化改进的一个重要部分。文章基于三维设计软件UG和有限元分析软件Ansys,对微型电动车车架结构性能进行了分析,并在满足强度和刚度的条件下,对车架结构进行了优化设计,开发出一种适合各种路面行驶的新型电动车车架结构。     

基于灵敏度分析的机枪结构动力修改研究

介绍了机械结构灵敏度分析的基本理论，探讨了用有限元法进行结构优化和灵敏度分析的一般过程．以某型机枪的枪架为例建立了有限元结构分析模型，选择枪架的弯曲刚度、扭转刚度和整枪的第一阶固有频率为性能约束，根据灵敏度分析结果，按高强度、轻质量的要求，选择出有效的设计变量进行了重量最轻和性能最优的结构优化．同时，利用试验测试数据对优化前后武器的动态响应进行了仿真对比．结果表明，优化后武器的射击频率与固有频率的匹配更加合理，提高了武器的射击精度．     

多环闭链空间可展开机构力-热耦合协同优化

针对一种多环闭链空间可展开机构的力-热耦合设计问题,首先列写了展开单元机构的静力学平衡方程,完成了展开单元的静力学分析,进而根据虚功原理,求得机构在展开态下的转动刚度;然后综合考虑机构的力热性能,以杆件横截面尺寸为设计变量,以机构在太空环境下整个展开过程中的热变形小、重量轻、展开态下的基频高和转动刚度大作为优化目标,采用协同优化方法建立了多环闭链空间可展开机构协同优化的数学模型;通过数值求解,得到该机构所有杆件的横截面尺寸参数最优值．分析结果表明,优化后的机构热变形降低了约56％,展开态基频提高了约39％,展开单元的重量与转动刚度均满足设计指标．     

Back Frame Section Size Optimization of Large Aperture Telescope

大型射电望远镜背架截面尺寸优化

吴青龙¹, 姚展¹, 吴坛辉¹, 侯仰青¹, 张华振¹, 许谦², 王娜²

（1.上海跃盛信息技术有限公司,上海 201109;

2.中国科学院新疆天文台, 乌鲁木齐 830011）

摘要：

大型射电望远镜背架结构是支撑反射面的重要零部件,直接关系到反射面的型面精度。其优化设计对于保证大型射电望远镜型面精度,减轻结构重量具有关键意义。论文构建两种方法对超大型射电望远镜背架杆件截面尺寸进行了优化设计。其一是基于拉格朗日乘数法和Kuhn-Tucker条件,以初始桁架中杆件的内外半径为设计变量,结构重量为约束条件,结构柔度为目标函数,建立桁架结构杆件尺寸优化的数学模型及其优化准则。其二是基于ANSYS一阶优化理论,以杆件的内外半径为设计变量,背架RMS为目标函数,结构重量为约束条件构建一阶优化模型。从不同工况RMS、优化结构应力均匀性和优化效率几方面进行对比。结果表明,两种算法均能有效减小结构变形、提高RMS,但准则法相较于一阶算法具有相对更好的优化结果。

关键词：射电望远镜;反射面精度;背架结构;尺寸优化;准则法;一阶优化