基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。     

基于响应面法的玻璃钻孔支撑结构优化设计

对玻璃进行钻孔加工过程中,机床中钻孔支撑结构的变形会使钻头发生偏移,降低钻孔的质量,提出了以最小化钻孔支撑结构的变形量和构件质量为优化目标的结构优化设计方法。考虑到支撑结构多目标优化模型缺乏的问题,在ANSYS Workbench软件中进行钻孔支撑结构的有限元分析,通过试验点选取、拟合函数选择和响应面合理性评估,建立了反映钻孔支撑结构关键尺寸与优化目标之间关系的两目标响应面模型,并采用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解。试验表明,Kriging模型具有比标准响应面模型更好的多维变量和非线性问题拟合性能;钻孔支撑结构在满足强度要求的同时,最大变形降低了57.1%,质量减少了30.4%,满足高强度和轻量化的要求,证明了所提出的基于有限元分析、响应面拟合和多目标优化的机床结构件优化设计方法的有效性。     

基于响应面分析法的开式预弯机轻量化设计

针对一款公称力为22000 kN的开式液压预弯机,在生产前检测其机身结构设计是否满足变形与应力的要求,并且在此基础上降低安全系数以优化结构和进行轻量化设计,将其三维模型进行一定简化。在有限元分析软件ANSYS-Workbench中对预弯机进行静力学分析,确定最大变形量和应力集中分布的结构位置。将对预弯机最大应力影响较大的上横梁焊件和基座焊件的侧板及筋板等4个结构尺寸设为参数,以质量最小为优化目标,约束最大应力和最大变形以及结构尺寸,建立目标函数的优化数学模型。以响应面分析法对预弯机进行轻量化设计,通过中心复合设计产生49组实验数据,筛选和优化后结果显示预弯机质量减轻8330 kg,应力与变形满足设计和材料要求。     

实验设计及kriging响应面在优化设计中的应用

为了减轻结构自重,需对结构进行优化设计。而复杂工程优化问题中,设计变量多且多属于非线性问题,所以对工程优化问题存在着计算时间长、优化效率低且准确性难以判断等特点。将代理模型引入在优化设计中,并通过实验设计方法得到实验设计点,根据实验设计点建立Kriging响应面,对Kriging响应面模型进行优化设计。得出该方法对结构优化设计有很显著的效果。最后以门式起重机主梁为例,建立对应的Kriging响应面进行优化设计,使用该方法优化后,其门式起重机主梁自重减轻了20%,并采用有限元方法验证了结果的准确性。对研究轻量化设计有着重要的参考及借鉴意义。     

基于响应面法的金属打包机箱体结构轻量化设计

金属打包机是废旧金属回收行业的大型核心工程设备。为了提高金属打包机箱体结构的综合性能以及实现箱体轻量化的目标,提出一种基于响应面法的轻量化设计方法。基于板壳理论和力学模型分析建立危险工况的有限元参数化模型,以墙板厚度等尺寸作为设计变量,以结构强度、刚度和稳定性作为约束条件,并以箱体质量作为目标函数。通过灵敏度分析确定对目标函数影响显著的设计变量,再利用中心复合设计方法和克里金插值法得到拟合响应面模型,并采用多目标遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明:在满足箱体整体综合性能条件下,优化后的箱体质量减轻了20.6%,优化效果显著,对其他工程设备的轻量化设计具有一定的指导意义。     

压力机上梁结构多目标优化设计

为了满足锻压机上梁结构在工作过程中高强度、轻量化的设计要求,提出了一种多目标优化方法。该方法将锻压机上梁结构的11个参数作为设计变量,并经过参数相关性分析和筛选后,得到对上梁结构结性能影响灵敏度较高的3个设计变量。通过以质量最小、变形最小和应力最大为优化目标,成功地实现了对上梁结构进行多目标优化。研究结果表明,在满足应力和变形的两个条件下,降低了上梁结构的质量,达到多目标优化设计要求,符合现代机械设备绿色制造和设备轻量化设计的发展方向。     

基于响应面法-改进人工蜂群算法的绞车滚筒多目标优化设计北大核心

为提高绞车滚筒使用性能、减轻质量、降低耗能,提出一种基于响应面法-改进人工蜂群算法的方法对滚筒进行结构优化。利用有限元对绞车滚筒静强度和刚度、疲劳寿命进行仿真分析;建立以滚筒内部材料参数为设计变量,刚度为约束,最小疲劳寿命、最大静强度、质量为目标的响应面模型。在传统人工蜂群基础上,改进蜜源判断准则,有利于算法跳出局部最优、保留潜在最优。在搜索策略的算法中引入变异的思想,提高收敛速度;利用改进后的人工蜂群算法进行多目标求解,获得绞车滚筒的Pareto前沿解集。结果表明:优化后的滚筒质量减小350.1 kg,最大应力减小20 MPa,最小疲劳寿命增加5.888 7×10~5次,最大变形减小0.37 mm,达到了优化设计的目的。     

采用响应面法的圆盘造球机可靠性优化设计

为提高圆盘造球机的工作性能,提出一种对盘体进行轻量化优化思路。利用ANSYS Workbench对造球机的盘体进行静刚度和强度校核,通过灵敏度分析得到影响其质量和最大等效应力的关键参数,借助二次响应面法对盘体进行轻量化优化设计,并建立考虑质量和最大等效应力的可靠性计算模型,运用六西格玛设计准则得到其质量和最大等效应力的概率分布,得出优化前后盘体的可靠度。对优化前后的盘体结构进行比较,其结果表明:在最大等效应力降低10.88%,薄弱方向部位静刚度提升10.56%的同时,其质量下降16.35%,这既达到了轻量化的目的,又提升了其静刚度和强度,并且其可靠度提高了7%,使造球机的性能得到了改善,为其优化设计提供了理论依据和参考。     

轨轮式半自动双侧浇注机轻量化设计

以新型轨轮式半自动双侧浇注机为研究对象,对浇注机主要承载部件车架体以及浇包支架系统进行轻量化设计。基于ANSYS Workbench的优化设计功能,以车架体总重量为目标函数,总变形量为约束函数,各部分结构的截面尺寸为优化变量,对车架体进行优化设计;对浇包支架系统进行应力及变形分析,在保障工作安全性的基础上确定其轻量化部位,且在薄弱环节进行优化加强处理。优化后的浇注机在满足工作性能的基础上减轻了整体重量,为浇注机其他方向的优化提供了参考依据。     

基于拓扑优化方法重载变速箱体轻量化设计

传统变速箱箱体生产遵循保守原则,质量分配不均,自身重量过大。为获得结构合理,质量低的变速箱箱体,以某装载机变速箱箱体为研究对象,采用理论分析计算与仿真相结合的方式对变速箱箱体进行了静力学分析,获得了箱体在最大载荷工况下应力及变形;运用Ansys Workbench软件对箱体进行了模态分析,获得了箱体前10阶的固有频率及振型。基于分析结果采用变密度法,对箱体进行以体积最小为优化目标,以形变和应力为约束条件的结构拓扑优化,在此基础上根据优化后的云图对其进行相对应结构设计。优化后变速箱箱体质量减少11.68%,最大变形量降低20.2%。分析结果表明,优化后的变速箱箱体综合性能得到提高,实现了轻量化设计和提高可靠性的双重目的。     

基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计（英文）

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

多目标优化与层次分析法相结合的滚齿机立柱改进设计

结合多目标优化与层次分析法在结构设计中的优点,对滚齿机立柱的设计参数进行改进.文章首先运用CAD软件建立滚齿机立柱的参数化模型,并将其导入有限元分析软件AWB中对其进行动静态特性分析;其次通过灵敏度分析得到影响立柱性能的主要设计参数,同时可视化其对目标函数的响应面;然后将设计参数作为优化设计变量,以质量最小、变形量最小和一阶固有频率最大为目标函数对立柱进行多目标优化,得到优化方案的解集合;最后通过层次分析法确定立柱解集合中的各优化方案权重系数,寻找出最优解.     

响应面法优化空气喷嘴雾化流场的数值研究

为提高空气喷嘴的喷涂性能,采用计算流体力学对空气喷嘴与喷涂面之间的雾化流场进行数值模拟,并结合响应面法对喷嘴的结构参数与工况参数进行总体优化。首先搭建热线风速仪测速实验台验证数值计算模型的准确性,然后设计三因素的中心复合试验,建立以塑形气孔斜面倾角α、环形气孔压力p_1、塑形气孔压力p_2为设计变量,以喷涂面中心压力p_c为目标变量的响应面回归模型与数学优化模型,进而对喷嘴的结构参数与工况参数进行优化,求得喷嘴特征参数的最优组合。结果表明:利用响应面法对喷嘴特征参数进行优化设计可有效改善喷嘴的雾化流场,优化后的喷涂面中心压力降低了57.6%,有利于均匀喷涂;通过分析响应面图,可总结出各特征参数对喷涂性能的交互影响规律。     

商用车锁体支架的轻量化设计及优化

汽车零部件的轻量化设计是汽车轻量化的一个主要途径,针对商用车锁体支架零件开展了包括材料和结构在内的轻量化设计。选用319S铝合金作为锁体支架材料,通过对商用车原锁体支架建立三维模型和拓扑优化,在保证锁体支架使用性能的条件下,对经拓扑优化的支架结构进一步改进,对改进后的锁体支架进行了有限元分析。结果表明,优化设计的锁体支架最大应力远小于319S铝合金的许用强度,轻量化效果达到83.97%。     

基于响应面法的弹支轴承外圈的结构优化设计与实验验证

为提高弹支轴承外圈刚度设计的准确性,通过ANSYS Workbench对3种不同结构参数的外圈静刚度进行仿真分析,得到不同载荷作用下外圈最大变形量。采用最小二乘法分析载荷与变形量的线性关系,确定外圈刚度值,得到符合实际刚度需求的外圈有限元模型并进行响应面优化分析。以刚度值为优化目标,以外圈弹支梁宽度、长度和数量为设计变量,通过响应面优化对弹支轴承外圈进行分析,从而得到最优的设计参数。为确保优化结果的准确性,将最优模型重新进行有限元分析以及实验验证。将最优解的设计方案与初始设计方案对比,结果表明：在满足设计变量约束范围的前提下,最优设计解的刚度优化结果与目标误差值小于1%。由此可见,采用响应面优化提高了加工效率,缩短了设计周期,进一步提高了支承刚度的准确性。     

干熄焦提升卷筒开裂分析与结构优化设计

针对梅钢干熄焦提升卷筒使用过程中出现开裂的现象、卷筒结构和开裂特征,建立了卷筒提升过程的有限元分析模型,对卷筒结构进行应力和变形计算,提出了卷筒结构的优化设计方案,并对结构优化后的卷筒重新建立有限元模型进行计算与分析。对比前后两种结构的应力、形变、短应力线的变化,发现结构优化后的卷筒形变明显变小、短应力线有效增长。优化设计的熄焦卷筒的现场使用表明,该优化设计研究为避免开裂事故和变形失效的发生,提供了有益的技术支撑。     

基于有限元的140 kN摩擦焊机主轴箱响应面优化分析

以140 kN连续驱动摩擦焊机主轴箱为研究对象,应用有限元分析软件对主轴箱进行了静、动态相关特性的分析。为提高主轴箱综合力学性能,并实现主轴箱箱体材料的合理利用,以箱体壁厚等7个结构参数为设计变量进行了中心复合实验设计。根据得到的数据结果,基于Kriging插值法建立了主轴箱的响应面模型,并对各设计变量进行了灵敏度分析。利用多目标遗传算法完成了主轴箱的优化设计,与原结构方案相比主轴箱箱体减重16.6%,实现了焊机轻量化设计。经过对主轴箱响应面模型拟合精度的校验,验证了CCD实验法与Kriging插值法相结合可高效精准地完成主轴箱响应面模型的建立。因此这一优化方法同样适用于其他类型的机床零部件的设计。     

基于响应面法和MOGA的重载曲轴形貌优化研究

重载曲轴是大型隔膜泵动力端的关键零部件之一,其强度对于整个动力端的平稳运行至关重要。而重载曲轴的失效形式往往是由于圆角处应力集中导致的疲劳破环。针对这一问题,从圆角处结构特征的角度出发,对曲轴进行形貌优化。通过静强度应力分析确定曲轴工作过程中的最危险工况,以此作为曲轴优化过程中的计算工况。以各圆角处的最大应力值和整体最大变形量为优化目标,以圆角处结构特征参数为设计变量,进行试验设计,基于Kriging插值法构建优化目标关于设计变量的响应面模型。最后,建立多目标优化模型,应用多目标遗传算法寻找非支配解解集。结果发现,优化解集中的曲柄斜面倾斜角都接近90°,这为今后的重载曲轴的结构设计提供一定的参考。     

不同工况下转台动静态特性分析与轻量化设计

针对某大型加工中心转台的结构特点,建立其有限元模型,进行动静态特性分析、轻量化设计与验证.对转台在不同工况下进行强度分析与模态分析,获取转台的应力分布状况,结果表明构件强度足够,可通过结构优化进行轻量化设计.结合灵敏度分析与拓扑优化的结果,提出转台轻量化设计方案,转台优化后减重达6.5％.通过对比优化前后转台在不同工况下的强度、模态特性,验证了优化方案的可行性.