某大兆瓦风电机组主机架多阶段多目标优化

为解决大兆瓦风电机组主机架研发难度大、周期长的问题,采用贯穿主机架全生命周期的多阶段多目标优化方法进行研发设计.在概念设计阶段侧重于获得主机架初始构型,以机架材料分布为设计变量,以材料体积为约束条件,以各工况极限强度为目标进行拓扑优化;在详细设计阶段侧重于机架的轻量化,以主机架结构尺寸为设计变量,以疲劳性能为约束条件,以各工况极限强度和机架质量最小为目标进行参数优化.分析结果表明:通过该方法得到的主机架不仅能满足设计要求,而且可以大大缩短研发周期、提高研发效率.     

复摆颚式破碎机机架的三维有限元计算与分析

一、建立机架的三维模型 以PEF400X600复摆颚式破碎机为例,基于特征的三维实体设计软件Solideworks2001plus建立复摆颚式破碎机机架的三维模型.纵观整个机架,为对称结构.可以只对整个机架的一半进行建模,再对其进行镜像以节省时间.得到如图1所示的颚式破碎机机架三维模型.     

基于OptiStruct的望远镜主框架拓扑优化设计

针对某航空望远镜主结构的重量过高的问题,提出了对航空相机望远镜主框架进行拓扑优化设计的方法.基于拓扑优化理论,在重力过载的工况下对望远镜主框架拓扑优化,以整个框架作为设计变量,以框架的体积分数和固有频率作为约束条件,选结构的柔度最小化为目标函数,建立拓扑优化模型.采用MSC.PATRAN/NASTRAN软件对航空望远镜拓扑优化结果进行仿真,分析结果表明,结构的重量减少了77%,结构静态刚度提高,动态刚度符合要求,温度变化环境下光学成像条件改善.     

某载货车电瓶支架断裂分析及结构优化

针对某载货车电瓶支架总成在整车道路试验中出现断裂的问题,在Abaqus软件中建立其有限元模型,进行强度计算校核,找出断裂破坏的主要原因,并提出改进建议.改进后的电瓶支架在试验中无损坏,并已经小批量投产.对电瓶支架总成进行减重,利用Abaqus软件的拓扑优化模块对电瓶支架进行拓扑优化,并对优化后新设计的结构进行计算.拓扑优化后新设计结构满足强度要求,实现减重2.93 kg.     

胶印机的结构优化

为提高胶印机在高速工况下的印刷质量,建立某型胶印机结构动力学模型,通过仿真准确识别及分析其振动模态和动态特性,发现墙板结构不合理是诱发整机在激振力作用下产生较大振动的重要原因;以机架前4阶固有频率加权值作为评价机架动态性能的标准,利用灵敏度分析方法分析墙板筋板参数对其动态性能的影响,并进行结构优化设计. 优化结果表明机架第1阶固有频率提高18.1%. 该方法可以提高胶印机的动态性能,增强其产品竞争力.     

基础简谐激励下的结构动响应拓扑优化

针对关于结构动响应拓扑优化问题的研究较少、有限元分析软件的拓扑优化模块无法实现的问题,采用变密度法研究连续体结构在基础简谐激励下的动响应拓扑优化.将基础简谐激励下的响应控制问题归结为结构在体积约束下目标点响应幅值最小化的优化模型;推导有阻尼结构在基础简谐激励下目标点响应幅值的灵敏度公式;采用变密度法求解该优化问题.采用多项式惩罚模型解决带惩罚的各向同性固体微结构（Solid Isotropic Microstructure with Penalization,SIMP）模型带来的附属效应现象;采用灰度过滤方法改善经典变密度法在优化过程中灰度单元收敛过慢的问题,从而减少变密度法优化的迭代步数并且使优化结果更清晰.以平面悬臂板模型为例,验证该优化方法对目标点响应幅值的优化以及灰度过滤函数对优化迭代的改善.     

基于无网格径向点插值方法的简谐激励下的连续体结构拓扑优化

针对用有限元法进行连续体结构拓扑优化时需不断重构网格来处理网格畸变和网格移动,且存在数值计算不稳定等问题,基于无网格径向点插值方法(Radial Point Interpolation Method,RPIM)对简谐激励下的连续体结构进行拓扑优化.选取节点的相对密度作为设计变量,以结构动柔度最小化为目标函数,基于带惩罚的各向同性固体微结构(Solid Isotropic Microstructure with Penalization,SIMP)模型建立简谐激励下的优化模型;采用伴随法求解得到目标函数的敏度分析公式;利用优化准则法求解优化模型.经典的二维连续体结构拓扑优化算例证明该方法的可行性和有效性.     

物质点拓扑变量法在柔性机构设计中的应用

为克服柔性机构拓扑优化设计中的各类数值不稳定性问题,提出一种以物质点拓扑变量为设计变量的拓扑优化方法.物质点拓扑变量可视为节点密度概念的进一步拓展,基于修正网格无关性过滤函数提出了新的拓扑变量场插值形函数.基于弹簧模型,建立了柔性机构的多约束拓扑优化模型,推导了常见结构响应量的敏度表达式,采用移动渐进线法进行优化求解.最后通过二维数值算例验证了文中方法的可行性和有效性.     

基于ANSYS的糊底机机架模态分析

纸纱复合袋糊底机的机架是整机的主要承载结构,其强度和可靠性对整机安全高效生产至关重要。针对机架的工作特性,利用有限元分析软件ANSYS对机架的工况性能进行研究,保证其具有富裕的强度和良好的动态特性。在Solid Works中建立机架模型并简化,在ANSYS中进行静态及模态分析。通过分析得到糊底机机架在工作时的应力大小、应变位置及该机架的前十阶固有频率、振型及总振幅。分析结果可为后续的样机设计、机架结构优化设计和改进提供参考和理论依据。     

带有区域性惩罚因子的双向渐进结构优化方法

针对传统的拓扑优化方法欠缺考虑增材制造工艺约束,如果优化模型存在大面积悬垂、封闭空腔等工艺几何特征将增加打印及后处理操作的复杂度的问题,提出带有区域性惩罚因子的双向渐进拓扑优化方法.首先考虑增材制造工艺特征约束,使得优化结果具有良好的可打印性;然后对模型进行网格划分,根据单元体所在的区域定义区域性惩罚因子,保证区域性惩罚因子由外表面向内核逐渐增大;最后结合有限元分析,以区域性惩罚因子对单元体的计算应力进行惩罚,决策单元体的保留与删减.通过数值实验,与传统的双向渐进结构拓扑优化算法对比的结果表明,该方法可以改变空腔形貌特征、减少垂悬面积、均衡模型应力分布,提升了拓扑优化模型的可打印效果.     

Automotive applications of topology optimization

Topology optimization is used for obtaining the best layout of vehicle structural components to achieve predetermined performance goals. An in-house topology optimization software, TOP, has been developed to analyse important automotive components. The topology design problem is formulated as a general optimization problem and is solved by the mathematical programming method. The MSC/NASTRAN finite element code is employed for response analyses. The use of MSC/NASTRAN is significant, because it not only allows engineers to use a wellaccepted and widely-used finite element code with no size limit on the model, but also permits developers to concentrate on the rest of the topology optimization program. Three automotive examples including a simplified truck frame, a deck lid, and a space frame structure are presented.     

某SUV车架多目标拓扑优化设计

为得到同时满足刚度和动态要求的SUV车架,基于SIMP材料插值方法,分别以刚度最大和低阶模态固有频率最大作为优化目标建立拓扑优化模型,利用折中规划法建立多工况下刚度和低阶固有频率多目标优化模型,通过拓扑优化迭代得到新的SUV车架;对新车架进行仿真分析,得到其位移和应力分布及前4阶固有频率.其静态特性满足材料要求且有很大提高,第1阶固有频率提高到30.3 Hz,新车架质量减轻到193.3 kg.计算结果表明该方法能够很好地解决多目标下的结构优化问题。     

激光雷达集成电路存储单元上电复位状态机设计

为了提高激光雷达集成电路存储单元上电复位的稳定性,提出基于集成DSP的激光雷达集成电路存储单元上电复位状态机设计方法。构建激光雷达集成电路存储单元复位状态机的总体结构模型,采用内核电源电路进行单极点高通滤波控制,通过由DSP集成信息模块等组成的上电复位机控制的方法,进行激光雷达集成电路存储单元的程序加载和基线恢复控制,通过基线恢复器实现激光雷达集成电路存储单元的掉电复位和连通性测试,实现激光雷达集成电路的逻辑时序控制和上电状态机设计,实现激光雷达集成电路存储单元的硬件优化设计。仿真结果表明,设计的激光雷达集成电路存储单元上电复位状态机稳定性较好,集成控制性能较强,提高了激光雷达集成信号采集能力。     

基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计

为获得最优的初始设计方案,在车身概念设计阶段对车身结构进行拓扑优化。车身结构性能指标综合考虑整体刚度、局部动态刚度和碰撞性能,采用多模型优化(multi-model optimization,MMO)方法解决此类复杂工况的拓扑优化问题,通过调节设计空间和设置参数,获得车身最优载荷路径。根据拓扑优化结果初步形成车身框架结构,可为后期详细设计提供参考。     

基于机器学习的软件模块访存压力优化仿真

采用当前方法对软件模块访存压力进行优化时,优化后的软件模块带宽较高、数据传输延时高,存在有效性差的问题。将机器学习应用在软件模块的访存压力优化过程中,提出基于机器学习的软件模块访存压力优化方法。计算链路的使用率,并将计算结果传送到每条流对应的发送端中,发送端根据接收到的信息对发送速率进行调整,实现拥塞控制。采用多目标规划方法,根据预算值和实际值之间存在的偏差,构建软件模块访存压力优化模型,通过二进制粒子群算法对软件模块访存压力优化模型进行求解,实现软件模块访存压力的优化。仿真结果表明,所提方法的带宽高、数据传输延时小,验证了基于机器学习的软件模块访存压力优化方法的有效性。     

Spatial orientation and topology optimization of modular trusses

Modularity in structural engineering offers significant cost advantages since identical components can be mass-produced in high quality-controlled facilities. While prior research has investigated the optimization of modular structures, this work is limited to the module topology periodicity, leading to solutions where some structure parts remain inefficiently used. This paper proposes a continuum-based formulation for optimizing simultaneously the module topology and spatial orientation in modular trusses. The numerical difficulties associated with the module rotations in the optimization formulation are identified, and properly handled by a novel topology-based rotation representation using group theory. A relaxation strategy based on complementary constraints enables the continuous integration of the module rotations in a lower-bound plastic design formulation (or fully stressed design). Case studies involving high density ground structures demonstrate that it is able in the worst case to retrieve the results obtained by imposing the module orientation a priori, and to improve the optimized design when freedom on the rotations is considered.     

Application of topology optimization to design an electric bicycle main frame

Electric bicycle main frame is the most principal structure, connecting and supporting other various components, while bearing a variety of forces and moments. In this paper the topology optimization technology is applied to generate robust electric bicycle main frame by optimizing the material distribution subject to the constraints and dynamic loads. Geometric, mechanical and finite element models, as well as a flexible coupling dynamic model are constructed. Validity and accuracy of these models are investigated through real-life testing. By applying typical road excitation, dynamic loads of all key points are extracted. A set of forces data is extracted every 0.5?s during the whole simulation, including peak values of these forces. In order to obtain appropriate topology optimization results, the values of two crucial parameters, volume fraction and minimum member size, are discussed respectively. Then the topology optimization of multi-load case is implemented with the objective of minimizing the set of weighted compliances resulting from individual load cases. Results illustrate that element density distribution of the model is optimized with manufacturing constraints of minimum member size control and extrusion constraint. Consequently, the better frame form design of the electric bicycle is obtained. Modal analysis for the original and refined models is performed respectively to evaluate the structure stiffness. The results indicate that this optimization program is effective enough to develop a new electric bicycle frame as a reference for manufacturers.     

基于单元生死功能的转向架构架拓扑优化设计

为了更好地实现转向架构架的轻量化设计,根据设计经验,采用渐进结构优化法(ESO)的基本思想,通过对ANSYS单元生死功能的二次开发,应用APDL(ANSYS Parametric Design Language)编制拓扑优化程序,以直观的有限元模型代替复杂的拓扑优化的数学模型,提出了一种构架拓扑优化设计的工程方法。通过方法优化,使某高速动力车转向架构架在疲劳强度符合要求的前提下,结构应力趋于均匀分布,质量减少了143.92kg。结果表明,提出的方法是有效的和可行的,具有一定的工程实用价值,为设计提供依据。