面向汽车轮毂轻量化设计的组合优化方法

为了达到汽车轮毂轻量化目的，提出了一种将轮毂的概念设计和详细设计相结合的轻量化设计方法。在概念设计阶段，建立三维几何模型和数学优化模型，以轮毂的柔度最小（刚度最大）为目标，体积分数作为约束，利用变密度拓扑优化方法得到轮毂材料的最优结构；在详细设计的阶段，对拓扑优化后的轮毂结构进行二次设计，对二次设计后的轮毂进行有限元仿真验证和尺寸优化。尺寸优化时，为了解决计算量大和优化效率低的难题，引用拉丁方实验采样和多项式响应面技术，在满足轮毂许用强度的前提下建立轮毂的近似模型。最后利用改进的进化算法寻优得到轮毂的最终结构参数并对其进行强度仿真验证。结果表明，经过两次优化后的轮毂在满足强度的条件下，质量减少了20.94%。     

基于拓扑优化的轮毂电机壳体结构轻量化研究

轮毂电机为电动汽车驱动系统核心部件,其结构、强度特性对整车运行稳定性与可靠性具有重要影响,直接决定整车动力性与安全性。根据某电动汽车轮毂电机壳体结构参数、工况及结构特征,建立壳体结构三维力学模型。在对壳体结构系统进行模态分析与静力学分析的基础上,以质量优化为目标,对壳体结构非承载区域进行拓扑优化与结构设计。为验证分析结果,对优化后壳体结构进行模态及静力学分析。结果表明,壳体结构系统质量降低5.5%,系统部分固有频率提高,轮胎轮毂安装螺栓根部局部应力集中得到改善。     

基于OptiStruct的平板拖车轮毂拓扑优化设计

基于拓扑优化理论和有限元方法,采用OptiStruct优化软件对某型平板拖车轮毂进行了拓扑优化。得出最优材料分布方案后,对轮毂进行结构重新设计。结果表明:拓扑优化后轮毂的刚度和强度都比原始设计的要好,重量也更轻。     

新型商用车铝合金轮毂研究

轮毂是保证车辆安全行驶的重要部件,随着新能源商用车的发展,质量轻且性能优越的轮毂起着重要作用,因此研制出一款新型商用车铝合金轮毂。文章详细描述了轮毂的加工工艺,同时为验证轮毂可靠性问题,对其进行弯曲与径向疲劳试验,结果符合要求,同时基于ANSYS Workbench对铝合金轮毂进行拓扑优化,结果表明在满足强度的同时,质量可降低10%,满足轻量化要求。     

基于HyperMesh／OptiStruct的汽车零部件结构拓扑优化设计

基于结构拓扑优化在优化设计中的重要性,介绍了拓扑优化的方法和常用算法,建立了基于HyperMesh/OptiStruct的结构拓扑优化设计流程图,最后在考虑了三种不同载荷工况下,进行了汽车控制臂的拓扑优化,最终使得优化结构质量更轻.     

高温超导磁悬浮储能飞轮轮毂结构的优化设计

针对一种高温超导磁悬浮储能飞轮轮毂结构,论述其优化设计方法,以达到提高储能密度的目标。运用有限元理论建立轮毂结构模型,以拓扑结构优化、材料优选与形状优化的方法对其进行优化。结果表明,在满足强度、一阶弹性共振频率、极转动惯量、几何尺寸、形状和控制系统等多学科约束条件下,轮毂的储能密度比设计方案提高了7.6%。该优化方法提高了转子的设计效率,对飞轮的高速储能有重要意义。     

四足机器人腿部结构拓扑优化设计及力学性能分析

基于变密度方法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型,提出一种多复合材料3D打印制造的拓扑优化方法对四足机器人腿部结构进行优化设计。采用体积约束下最小应力的优化方式,同时引入复合材料的本构矩阵,使得优化结果更加合理。针对四足机器人常见工况进行静力学分析,并对最大位移下的载荷情况进行拓扑优化设计。为了验证优化后腿部结构的强度,分别制备拓扑增强和轮廓增强腿部结构并进行试验分析。试验结果表明,拓扑增强结构最大位移比轮廓增强结构在外摆工况下降低了53.57%。拓扑增强结构承载比在0°和30°外摆工况下比轮廓增强结构分别提升了17.98%和24.57%。通过对四足机器人腿部结构优化前后的试验对比可知,经过拓扑优化设计,四足机器人腿部结构力学性能得到提升,优化设计具有可行性。该拓扑优化方法对于提高产品力学性能,具有一定作用。     

2MW风力发电机轮毂优化设计

优化设计是一种为了让自己的设计材料最省、支出最小的一种技术。通常,在设计中,会有许多的设计方案以供选择,如何从众多的方案中选择一个最好的方案,就需要有较好的设计方法。优化设计的方法有很多,而拓扑优化又称结构布局优化,是一种根据优化目标、载荷及约束而寻求结构材料最佳分配的优化方法。针对2MW风力发电机轮毂进行了拓扑优化,对比分析了优化前后轮毂的质量、及联合工况下的应力和变形,结果表明,联合工况下的应力及变形减小,动态应力最大值减小,动态强度提高;并在三维软件中重建模型,验证优化后模型进行工程实践的可行性。     

考虑可制造性的拓扑优化结果的几何重构

拓扑优化结果是一个边界呈离散阶梯状的非参数化模型,这使得拓扑优化结果的制造变得困难,因此需要将拓扑优化结果参数化几何重构,获得光滑的边界以满足机械制造要求,并且尽量不影响拓扑优化结果的结构响应。针对该问题,首先对拓扑优化结果进行二值化处理和边界识别,然后利用链码对拓扑优化结果的离散边界点进行排序和分段,最后用B样条曲线分段描述拓扑优化结果的外边界与内边界完成参数化建模。通过算例验证了几何重构方法的可行性,算例表明在满足可制造性要求的前提下,重构模型的结构响应能够较好的与拓扑优化初始设计结果保持一致,结构响应误差可以控制在5%以内。     

地铁车钩维护工作台轻量化设计

针对传统设计方法下地铁车钩维护工作台尺寸与重量偏大,使得材料成本增大的问题,采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,通过构建拓扑优化模型和尺寸优化模型,进行了从车钩维护工作台拓扑结构到各尺寸参数的优化过程,实现了车钩维护工作台的轻量化设计。在轻量化设计过程中,通过结构的拓扑优化设计得到了材料在设计空间内的最佳分布,在此基础上提取车钩维护工作台拓扑结构,并通过相对灵敏度分析,筛选出对车钩维护工作台质量降低敏感但对性能降低不敏感的设计变量,最后以筛选出的6个变量作为设计变量进行尺寸优化设计。结果表明:优化后的车钩维护工作台强度有所提高,刚度满足设计要求,并且实现减重49.28kg,减重率为30.73%,轻量化效果显著。