拓扑优化及其在自动武器减重设计中的应用

目前手持自动武器的减重设计多采用基于经验的结构修改法,盲目性大,费时费力.引入结构拓扑优化方法,解决自动武器零部件减重设计问题.采用有限元法与变密度法,给出了优化方法和步骤.以结构质量为目标函数,建立了某自动武器超重部件枪尾的优化模型,进行了结构拓扑优化.通过枪尾三维实体模型的重建,对比分析了优化前、后枪尾的强度特性.运用有限元法对自动武器零部件进行拓扑优化设计是一种自动武器减重设计的有效方法.     

某轮式自行火炮的平衡轴支架优化设计

为提高轮式自行火炮工作性能和安全系数,针对轮式自行火炮的工况特性,对平衡轴支架进行优化设计.建立轮式自行火炮平衡轴支架的有限元模型,依据平衡轴支架的结构受力特性及技术设计要求,利用ANSYS Workbench中的Design Exploration对其进行优化设计,在满足强度的条件下对支架进行减重优化.优化后的支架质量为45.018 kg,最大等效应力为601.35 MPa,与原支架相比最大等效应力增加并且质量减小20.87%,减重效果显著,降低了生产成本,产生了明显的经济效益.     

功能优先的制导系统伺服结构拓扑优化设计

简述了功能优先拓扑优化技术在制导设备伺服结构特性及动力学优化设计中的必要性,对两型伺服框架结构分别进行了提高固有频率及多目标的拓扑优化设计,对优化结果进行了仿真并与原结构进行了特性对比,结果表明,经过拓扑优化设计的伺服框架在减重的情况下固有频率等特性均有所提高,展望了功能优先拓扑优化设计方法在伺服框架结构设计中的巨大优势,及该技术在样机研制过程中将起到的作用。     

多工况下某火炮摇架拓扑优化设计

选取了某火炮摇架承载最恶劣的两个工况,采用基于变密度方法的结构拓扑优化技术,以摇架多工况刚度最大化为优化目标,以体积比为约束条件,通过优化得到了设计区域的密度云图,去除低密度区域后得到了摇架的拓扑结构模型,再对两个工况下得到的几何模型进行布尔求和操作以获得最终的优化结果。经过有限元分析,拓扑优化后的模型刚强度与优化前相比略有提升,质量有所下降,证明了该拓扑优化设计是合理的。     

航天器多舱段多组件结构系统整体式拓扑布局优化设计

基于多组件结构系统的拓扑布局优化设计方法,研究了同时含有部件布局、组件布局、主体结构构型和部件结构构型4类设计变量的某舱段结构系统的拓扑布局协同优化设计。采用多点约束技术(Multi-point Constraints,MPC)模拟部件、组件、支撑结构之间的刚性连接,基于有限包络圆方法(Finite Circle Method,FCM),提出处理组件干涉约束的罚函数方法,构造了包含结构刚度和组件几何干涉约束的罚函数,考虑系统的质心位置约束,应用基于梯度的优化算法对包含数百个干涉约束的舱段结构系统进行拓扑布局优化设计。得到了部件、组件的空间合理布局,获得了主体结构和部件结构的材料布局,体现了拓扑布局优化设计方法在复杂结构系统设计中的能力。     

某火炮上架结构拓扑优化设计

为了有效地减轻火炮质量,对某火炮上架进行了结构优化设计.运用有限元分析和结构拓扑优化设计相结合的方法,依据火炮发射时上架的结构受力特性及其技术设计要求,建立了优化数学模型;利用OptiStruct软件对上架进行了结构拓扑优化.根据优化结果设计的上架结构,质量减小12.17%,刚强度性能满足设计要求.该方法可用于指导火炮其它部件的结构优化设计和轻量化设计.     

特种车辆动力舱壁面降温结构仿真研究

以某型特种车辆动力舱为研究对象,设计了降低动力舱壁面温度的结构,首先运用FLUENT软件对此结构进行仿真,然后与原动力舱温度场的仿真结果进行对比和分析,同时对降温结构进行了优化,得到了有效降低动力舱壁面温度的最终结构.结果表明:侧壁面双层风道冷却结构最高可使侧壁面温度降低15℃,盖板结构可以使动力舱舱盖温度降低约4℃.     

多工况下某火炮摇架拓扑优化设计

为提高某火炮摇架的结构性能,满足结构的轻量化设计要求,减少研发周期和降低研发成本,对该摇架的结构进行拓扑优化设计。通过选取某火炮摇架承载最恶劣的2个工况,根据摇架的受力情况,基于Hypermesh-OptiStruct软件平台建立其有限元模型,采用变密度方法的拓扑优化技术,对摇架的拓扑优化获得去除低密度材料区域后的几何模型,并对2个工况下得到的几何模型进行布尔和操作以获得最终的优化结果。分析结果表明：经过拓扑优化后,模型质量减轻,刚强度与优化前相比有所提升,能够满足火炮总体的动/静态响应特性要求。     

拓扑优化在飞行器复合材料梁截面设计中的应用

飞行器现代结构设计中越来越多地采用复合材料梁来完成以往由复杂机械完成的功能,而对这些梁的刚度性能往往有特殊的要,需要通过优化来合理确定梁截面的布局和尺寸。建立了以刚度性能为目标和约束的复合材料梁截面的拓扑优化设计方法。对一个承担扭转变形功能的柔性梁算例,通过拓扑优化得到了截面的最优拓扑,进而根据最优拓扑进行形状和尺寸优化,得到了最优的截面布局。     

模拟后坐实验炮支撑架优化设计与分析

以某实验炮支撑架为研究对象,采用HyperMesh软件建立了该支撑架的有限元模型,对其静态刚强度的计算结果表明该结构有优化余量;应用变密度法对支撑架进行结构拓扑优化,并对优化结构进行有限元分析;通过对比优化前后的计算结果可以看出经过优化设计的支撑架减轻了重量,材料分布更加合理,且刚度和强度均满足设计要求;模拟实验结果表明:优化设计的支撑架满足实验要求,对类似结构的优化设计具有一定的参考价值。     

炮塔托架体结构拓扑优化

为满足炮塔托架体轻量化设计要求,基于密度插值的拓扑优化方法,建立了托架体拓扑优化模型,获得了5种典型射击工况下满足结构刚度要求且质量最小的炮塔托架体的最佳拓扑形式,在此基础上建立了托架体模型,对比分析了优化前后托架体在典型工况下的结构响应.仿真结果表明,该方法对于改进传统的托架体设计方法,降低结构质量,提高炮塔的机动性具有重要意义.     

基于有限元方法的液体火箭发动机机架优化设计

采用ANSYS有限元分析软件提供的优化方法对液体火箭发动机机架的优化问题进行了分析,提出了机架优化设计的一般流程,使用ANSYS的APDL语言编写了机架优化设计分析程序,通过对优化程序的研究,获得了某型号发动机机架的最优化结果,优化后的质量比初始设计质量大大的减轻.     

基于多体动力学的发射装置托架拓扑优化设计

为了更好地实现某型导弹发射装置托架轻量化,结合多体动力学并基于SIMP法的拓扑优化理论,运用OptiStruct平台对托架进行拓扑优化设计。根据导弹发射精度要求,建立了优化约束条件,得到了典型射击工况下托架的最佳材料分布和传力路径。考虑工程应用实际情况,得到了托架优化模型。参考比刚度结构效能,建立了结构刚度评价标准,对优化前后托架模态、发射动态响应以及导弹初始扰动等进行了对比分析。结果表明:与初始模型相比,优化后的托架比刚度效能增加了27.8%,质量减小了28.6%; 该方法提高了托架一阶模态频率,降低了托架与发射筒的共振效应对导弹初始精度的影响。     

核电站防甩支架承受力估算实例分析

核电设计中需要考虑高能管道发生破裂事故对周围重要核级物项的影响,设计中常采用设置防甩支架的措施使事故影响降低到最小化,防甩支架承受力一直是管道设计者难以解决的问题之一。笔者基于多年的设计经验,根据能力守恒的原理及材料本身的力学性质,总结出一种可用于核电站实际设计使用的核电站防甩支架承受力估算方法,并以 M310堆型工程中的实际防甩支架为例,详细讲解如何使用这种估算方法来计算防甩支架的受力,通过这种估算方法可以略加保守地解决工程设计中的计算问题。结果表明,这种方法是安全可靠的。     

车辆支撑件的疲劳寿命分析

车辆在各种崎岖道路上行驶时,经常受到严重的振动和冲击,工况条件恶劣,损伤严重,支撑件经常出现疲劳裂纹及断裂等疲劳问题.针对此问题利用一种基于CAE技术的疲劳寿命方法对车身支撑件进行了疲劳性能分析,发现底板和侧板的过渡处为薄弱环节.通过对采用整体式和焊接式结构的支撑件寿命信息对比,认为初始设计时的焊接式结构是不合理的,采用整体式结构将会大大提高支撑件的疲劳寿命.     

热构耦合分析在一体式排气歧管支架开发中的应用

实际工作中遇到的许多一体式排气歧管发动机耐久试验失效主要与支架失效有关.通过低周疲劳理论知识,以及材料疲劳原理,采用CAE/试验的方式,对一体式排气歧管进行低周疲劳分析和试验验证.文中介绍了在设计前期低周疲劳造成的支架损坏的预测方法,并在后期试验中验证预测方法的有效性,从而将此方法运用到排气歧管支架的研发中.     

某型装甲破障车发动机支架结构强度与轻量化优化设计

某型装甲破障车发动机支架将承受复杂冲击载荷作用,在满足结构总体布局和轻量化设计等技术要求的前提下,支架应具备足够的强度和刚度条件.在发动机支架的重量不增加甚至减小的条件下,利用有限元仿真技术对支架结构强度和刚度条件进行优化设计,以提高其承载能力,并实现轻量化的设计目标.提出的改进设计方案使支架结构在相同工况下的最大应力减小了24%,最大位移减小了66%.     

升力式飞行器助推段多约束弹道优化设计

升力式飞行器助推段弹道设计面临着复杂大气飞行环境下多约束耦合条件下的运载能力优化难题,需要在满足分离高度、攻角量值与变化率限幅、入轨点高度与倾角等约束下,通过设计助推段程序角,使得入轨点速度最大.为了寻求一种快速解决这一问题的工程设计方法,以三级固体运载器为研究对象,提出了升力式飞行器助推段多约束弹道设计方法,通过设计...