无副车架自卸汽车车架多目标轻量化优化

为了进行无副车架自卸汽车车架轻量化设计，本文应用有限元分析软件，建立无副车架自卸汽车车架有限元模型。对扭转工况下车架结构强度进行有限元分析，得到车架应力分布，并对车架进行模态分析，根据车架结构强度的有限元计算结果，对安全系数较高的结构件进行灵敏度分析，确定优化设计变量。采用最优拉丁超立方法进行样本采集，建立Kriging近似模型，以质量和最大应力最小作为目标，以一阶模态频率为约束，基于NSGA-II算法对自卸汽车车架进行多目标优化设计。优化结果表明，在保证车架模态频率的情况下，质量减小了15.55%,最大应力减少了1.55%。该优化方法满足设计要求，具有较好的轻量化效果。     

基于有限元的活塞优化设计分析

为满足活塞高速化和轻量化设计的要求,需要在满足强度要求的前提下对内燃机活塞进行优化分析与设计.论文采用基于有限元的优化设计方法,首先分别对活塞进行有限元分析,然后分析活塞的两个尺寸参数对活塞应力及变形的影响,找出影响比较大的尺寸参数,然后以活塞的质量最小作为目标函数,对此活塞进行了优化设计.经过优化,活塞在满足最大应力值不超过许用应力极限的情况下质量达到了最小,达到了设计要求.     

基于疲劳寿命的轿车后悬架扭转梁轻量化设计

以某国产轿车后悬架扭转梁的轻量化为研究目标,利用多体动力学软件建立考虑后悬架扭转梁柔性的整车刚柔耦合模型,并通过扭转梁自由模态试验和整车行驶平顺性实车道路试验验证了模型的正确性。在耐久性强化路面上进行整车动力学仿真分析,计算扭转梁模态位移时间历程,通过模态应力恢复得到扭转梁应力时间历程,并采用名义应力法进行疲劳寿命分析。基于网格变形技术建立扭转梁参数化模型并定义设计变量,以质量和疲劳寿命为优化目标,以一阶扭转模态频率和扭转刚度为约束条件,结合Kriging近似模型和多目标粒子群优化算法对扭转梁进行多目标优化设计,获取Pareto最优解集,并选取一个最优解验证扭转梁轻量化效果。结果表明,在使疲劳寿命满足设计要求的同时,优化后扭转梁质量减少20.35%,轻量化效果比较明显。     

基于有限元法桥式起重机主梁应力分析及优化设计

为了进一步提高50T/10T-16.5m的双梁桥式起重机的结构性能,寻找主梁的最优设计尺寸,对其进行轻量化设计。首先利用ANSYS软件对主梁正常工况和两种特殊危险工况(吊重自由跌落后紧急制动和歪拉斜吊)进行应力分析寻找最危险节点位置,然后对正常工况下主梁进行优化设计,分别以主梁截面尺寸和构件板厚为设计变量、主梁最大应力和最大挠度为状态变量、主梁质量为目标函数建立优化数学模型,最后用ANSYS软件进行优化分析并得到结构最优设计尺寸。结果表明,对桥式起重机不同工况下进行有限元分析,并在此基础上进行截面参数优化设计,明显改善了主梁腹板截面突变处应力集中现象;以最优设计尺寸建立的主梁模型不仅满足强度刚度的要求,而且主梁质量减轻23.1%,从而实现了简化结构、降低重量和制造成本的目的。     

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.     

纯电动汽车动力电池箱多目标形貌优化设计

针对目前电动汽车动力电池箱结构设计研究的现状,本文以电动汽车动力电池箱为研究对象,对纯电动汽车动力电池箱结构进行多目标形貌优化设计,实现电池箱的轻量化设计。通过建立电池箱有限元模型,基于形貌优化设计原理,构建静态多工况刚度和动态频率特征值的多目标协同优化数学模型,对某动力电池箱上下箱体结构进行轻量化设计,以加强筋的形状参数为设计变量,依据形貌优化结果与加工工艺要求,对动力电池箱结构进行详细设计,并对电池箱进行静动力学性能对比验证。验证结果表明,优化后动力电池箱的一阶固有频率提升到30Hz以上,典型行驶工况下静态应力有一定程度的降低,并实现了结构轻量化设计。该结构设计可行有效,具有一定的实际应用价值。     

基于BP-HGA的起重机刚性支腿动态优化设计

针对门式起重机刚性支腿结构动态特性的复杂性和非线性,利用参数化有限元模型和BP神经网络,建立刚性支腿设计变量和最大动应力、弯曲动刚度及顶部最大动位移之间的映射关系.对于建立的神经网络模型,采用混合遗传算法(HGA)构造基于模糊动态罚函数的适应度函数引导遗传算法的搜索方向,寻求刚性支腿隔板、侧板的布置及尺寸最优化,并满足低应力、高固有频率及轻量化的要求.开发了某型号门式起重机刚性支腿多目标动态优化设计系统.应用结果表明,采用该优化方法能够有效地实现起重机刚性支腿的动态结构优化,显著提高了设计质量和效率.     

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.     

管程清洗机器人导轨的轻量化多目标优化设计

在满足静刚度的条件下,为减轻导轨质量,对其进行多目标优化设计。利用特殊结构设计的导轨实现齿轮齿条传动与承受载荷和导向运动作用的有机结合,该导轨是直角坐标式换热器管程清洗机器人的关键部件,在整体机器人的静力学分析中,其应力、应变最大,因此,对导轨进行了关键部件的有限元分析。以竖直导轨为研究对象,利用SolidWorks进行三维建模,通过专有程序接口将模型导入ANSYS Workbench中进行静力学分析,并利用ANSYS DesignXplorer模块和筛选算法对导轨尺寸进行轻量化设计。与初始设计相比,质量减轻了25.9%,实现了清洗机器人导轨结构的轻量化设计。     

飞轮壳结构刚度对机体NVH性能的影响

以某柴油机为例,研究飞轮壳结构刚度对柴油机机体振动问题的影响.建立发动机整机多体动力学计算模型,并对发动机虚拟样机模型进行试验验证;引入拓扑优化计算方法,以飞轮壳结构刚度最大为优化目标,飞轮壳体积比为约束条件,单元密度为设计变量对飞轮壳结构进行优化设计;并结合工程设计经验对优化后的飞轮壳模型重新建模.分析在安装新飞轮壳之后发动机机体振动和声学特性,计算结果表明,在对飞轮壳结构进行优化设计之后,机体振动问题得到了有效的缓解,辐射声功率级降低了0.3 dBA,提高飞轮壳结构刚度能够有效降低机体振动,改善机体振动、声学性能.     

燃气管道机器人行走轮架多学科优化设计

燃气管道机器人作为一种集铺设、检测、修复为一体的工具在管道工程领域得到愈来愈广泛地应用.由于管道空间的局限性,在同等带载能力的情况下,机器人结构的轻量化就显得尤为重要.介绍了一种多学科耦合作用下的结构快速优化设计技术,提出将多学科设计方法应用于燃气管道机器人结构设计,实现了该机器人运动结构综合性能优化.建立行走架结构三维模型,以结构轻量化为设计目标,结构静强度、振动性能等为约束,基于多学科协同优化设计思想建立设计优化模型.通过应力分析、质量对比,结果表明,优化后的设计不仅满足强度,而且质量相比之前大幅度减轻,有利于节省成本,对于机器人的轻量化研究有重要意义.     

基于序列二次规划算法的点阵夹芯结构优化设计

为了研究夹芯单胞变化对结构承载能力的影响,建立了点阵夹芯结构的优化设计模型,以结构刚度最大为目标函数,考虑体积约束及单胞尺寸约束对夹芯单胞尺寸分布进行优化设计,并以四面体单胞夹芯结构的优化设计为例进行详细方法说明。采用序列二次规划法求解优化模型,完成了以结构刚度最大为目标的井字梁夹芯结构的优化设计,验证了模型、方法及优化效果。     

基于动强度可靠性的输流管道动力优化设计

建立以支撑(位置、刚度)和截面几何特性为设计变量,以结构重量极小化为目标,以动强度可靠性指标和固有频率为约束的管道动力优化模型.针对某类管道,对支撑位置、刚度和管径进行优化分析,得到了支撑、截面参数和管道动力特性之间的关系.计算结果表明此优化方式是合理有效的.经过优化,提高了首超可靠度,减轻了结构重量,降低了动应力,增强了管道的抗振能力.     

FSAE方程式赛车车架的设计与轻量化

为满足FSAE(formula student automobile equation)方程式赛车车架强度和刚度的要求,其安全裕度较大,为充分挖掘车架的轻量化潜力,运用有限元分析软件依次对车架进行了SIMP方法的拓扑设计和截面尺寸优化,通过改变模型参数值,同时在网格模型保持不变的情况下,采用尺寸优化技术模拟3种实际赛道工况,在保证刚度和强度前提下车架最大变形量相应减少了7%、7.5%、14.7%,最大应力在200 MPa以内,车架质量减少了32%.最后通过模态与试验分析,优化设计的车架有效避开了与外部激励的耦合效应,8字绕环测试所用时间减少了3%.该赛车车架实现了轻量化的目的.     

高载荷比卫星的结构轻量化设计方法

为解决高载荷比卫星轻量化设计问题,本文对以蜂窝夹板层结构为主的卫星结构轻量化设计开展研究。对蜂窝夹层结构等效理论进行了修正和灵敏度分析,提取出影响结构板刚度和质量的主要参数;根据工程研制需求对结构参数进行优化分析;基于有限元方法进行了仿真验证。仿真结果表明:利用修正后的蜂窝夹层等效公式,计算刚度结果误差由3%降低至1%,验证了等效理论正确性。经过参数优化后的结构分系统重量减少41.6%,达到了轻量化设计目的。利用该方法设计的"新技术试验E星"已发射入轨,为后续工程实践提供了一定的参考。     

基于折衷规划的汽车悬架摆臂多目标拓扑优化设计

基于SIMP变密度法和带权重的折衷规划法相结合的多目标拓扑优化设计方法,以汽车极限行驶多工况下的刚度和固有频率为目标函数,并将多刚度拓扑优化目标函数采用折衷规划定义、固有频率采用平均频率法,对某客车悬架的摆臂结构进行多目标拓扑优化设计,得到同时满足静态刚度和动态频率要求的汽车悬架摆臂的拓扑优化结构,并采用惯性释放方法对悬架摆臂进行载荷和应力分析验证。     

参数化SCARA机器人小臂结构设计研究

为优化SCARA机器人小臂结构,提高机械性能,将有限元分析方法应用于SCARA机器人小臂结构设计.首先通过三维建模软件ProE对SCARA机器人小臂参数化建模,利用有限元分析软件对SCARA机器人小臂仿真分析.然后根据有限元分析结果以小臂主要尺寸作为输入参数,应力、应变和质量为输出参数,对SCARA机器人进行多目标优化.结果表明小臂最大应力减少20.4%,最大应变减少11.7%,质量减少6.0%.     

变密度法在气缸体轻量化设计中的应用

将变密度拓扑优化方法应用于发动机气缸体轻量化设计中.以气缸体上施加最大爆发压力工况下的载荷为边界条件,以气缸体总柔度最小为优化目标,以气缸体体积比为约束条件,以单元密度为设计变量,对气缸体进行拓扑优化.对优化后的结构重新建模,分析了在最大爆发压力工况下的应力分布.结果表明,气缸体质量减轻了5 kg,最大主应力与优化前相当,整体应力分布更加均匀,达到了等强度设计的目的.将变密度法应用于气缸体的等强度轻量化设计,有助于确定气缸体的最佳形状,并减少重复设计验证的次数.     

基于ANSYS Workbench的升船机承船厢卧倒门优化设计

利用有限元分析软件ANSYS Workbench对某升船机承船厢卧倒门进行参数化建模,定义了包括板厚与主梁间距在内的10个设计变量.根据有限元结构静力分析的结果,综合结构灵敏度分析,确定每个设计参数对卧倒门结构质量、综合应力与综合位移的影响程度,以结构板厚、主梁间距为设计变量,以最大综合应力与综合位移为约束条件,以结构质量为目标变量进行优化设计.通过目标驱动优化(GDO)中的筛选法(Screening),选出最佳设计点,实现了6.8%的质量优化.参数化建模实现了整个卧倒门的参数化管理,在很大程度上提高卧倒门的设计优化效率.     

基于ANSYS的转盘静力及模态分析优化设计

通过ANSYS有限元分析方法,对高速转盘进行静力分析及模态分析,结合优化设计理论,得到高速转盘最优的尺寸结构数据.以高速转盘的尺寸结构为设计变量,其最大冯密塞斯应力及一阶模态为状态变量,冯密塞斯应力的标准差为目标函数,通过优化应力变化达到最小.