基于Optistruct的铝合金半挂车车架结构拓扑优化设计

介绍了拓扑优化方法的思想、过程及参数设置。在CATIA中建立车架三维模型,导入Hypermesh,划分网格,建立铝合金半挂车车架有限元模型,以体积比为约束,以最小应变能为目标,用OptiStruct软件对某铝合金半挂车车架横梁的位置和数量进行拓扑优化,为确定车架结构提供了参考,避免了车架结构布置的盲目性。     

应用ANSYS对汽车车架进行结构优化设计

以汽车车架为研究对象，提出了将拓扑优化方法和结构、尺寸优化方法综合应用于车架结构设计中的思想。利用ANSYS软件，在结构设计的初始阶段先对车架进行拓扑优化，获得横梁的数量和大致分布位置，再从纵梁的截面尺寸进行优化，利用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计，得到了满意的结果。     

射击工况下车载榴弹炮底盘疲劳分析与结构强化

针对榴弹炮车射击工况下底盘结构的疲劳耐久性问题,采用基于实测载荷的结构耐久性分析方法,实现对底盘结构的疲劳寿命分析。疲劳寿命分布结果表明,车架结构在火炮发射后坐助力的反复作用下有疲劳风险点。对风险点处的结构进行加强,并对强化后的车架结构分别进行了耐久仿真和试验验证,结果表明强化后的结构能够有效改善车架结构的性能。从载荷采集、多体动力学分析、载荷谱迭代与分解、疲劳仿真分析、结构优化等方面对车架结构在射击工况下的耐久性问题予以解决,对工程实际具有指导意义。     

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.     

导弹整体式翼面骨架结构的拓扑优化设计

为提高导弹结构的设计品质,将拓扑优化技术引入到整体式弹翼骨架结构设计中,对某型导弹的弹翼骨架进行优化设计。采用节点载荷等效法构建弹翼骨架的典型受力环境,解决了弹翼待设计区域的单元既参与受力又可能因为优化而被删减的设计矛盾。利用计算机辅助设计（CAD）-计算机辅助工程（CAE）接口技术,将拓扑优化后的CAE模型直接解释成CAD模型并导入CAD软件再设计,提高了拓扑优化技术的实用性。分析比较经验方案和优化方案的弹翼骨架模型的质量、强度、变形、模态等结构特性后发现：在满足结构强度和变形的条件下,优化后的弹翼骨架模型质量相对减少9.39%,并且1阶、2阶弯曲频率和1阶扭转频率得到了提高。该方法是对传统弹翼结构设计方法的补充和改善,具有参考意义。     

冲击载荷下船舶艉轴密封装置优化设计方法研究

某型船舶艉轴密封装置结构特殊,为提高装置的抗冲击性能,有必要对其冲击载荷下的优化设计方法进行研究。首先,以数值分析为基础,确定密封装置的优化目标及设计变量。然后,以线性规划理论为基础,对密封装置无轴模型进行冲击极限能力分析,并采用Matlab软件编程实现分析过程。采用ModelCenter软件平台结合Abaqus软件,对密封装置有轴模型进行设计参数优化和灵敏度分析。结果表明,静环内径对静环垂向最大冲击响应影响最大。     

电动节能车车架设计及有限元分析

根据电动节能车车架的功能与性能要求,确定了车架的结构与材料.在UG NX 7.0中设计并建立电动节能车车架3D模型,对其进行网格划分,施加载荷和约束条件,进行有限元分析,得出车架的变形分布情况.分析结果表明,车架的结构设计和材料选择合理,其变形量在允许的范围内.     

迫击炮座钣轻量化设计

针对某迫击炮座钣的轻量化问题,建立了座钣与土壤耦合的有限元模型,采用有限元法、结构优化设计和轻质复合材料铺层优化相结合的方法,进行了迫击炮座钣的轻量化设计。运用拓扑优化方法得到了迫击炮座钣的载荷传递路径,优化钣筋结构,获得了钛合金承力骨架。应用碳纤维增强树脂基复合材料对设计区域进行铺层并优化,确定了复合材料结构的板厚。对改进前后的迫击炮座钣结构进行有限元分析,刚强度对比结果显示,应用钛合金骨架和复合材料铺层的座钣最大应力小于原有结构,能够满足迫击炮座钣的性能要求,整体质量降低了19. 35%。     

基于拓扑优化技术的军用头盔内胆结构三维打印

针对目前军用头盔的轻量化设计问题,提出基于拓扑优化技术的军用头盔内胆轻量化设计方法。利用三维（3D）打印在成型复杂异形结构时的优势,建立具有计算机建模、数值模拟、3D打印以及工程验证的军用头盔内胆结构轻量化设计流程。根据有限元分析法,提出一种基于结构势能最小的拓扑优化算法。设计流程主要包括：通过计算机辅助设计软件对设计对象进行3D建模;使用计算机辅助分析软件HyperWorks中的HyperMesh建立有限元模型;通过HyperWorks中的OptiStruct进行拓扑优化设计,查看拓扑优化模型的位移结果,确定设计结构是否满足约束条件。为满足头盔所必须具有的吸能防撞功能需求,在拓扑优化后的头盔内胆基础上,在其侧面加载蜂窝式吸能结构。使用结构优化设计软件solidThinking Inspire对带有蜂窝式结构的头盔内胆结构进行数值分析验证,模拟真实的头盔佩戴工况,优化前后的von Mises最大等效应力近似一致。对实验模型进行工程受力验证,对比优化前后军用头盔内胆的承受载荷能力。实验结果表明：在满足一定的约束条件和功能需求的情况下,拓扑优化结构可达到轻量化设计的目的,减重效果可达到17.14%,最大承受力达到原始结构的93.72%;同时3D打印技术结合数值模拟可以缩短研发周期,提高制造效率。     

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.     

某火箭炮底架优化设计

为了得到结构更合理且质量更小的某型火箭炮底架,以行军和发射状态的底架作为典型工况,利用结构优化方法对底架进行拓扑优化和尺寸优化.通过拓扑优化得到底架结构的最佳材料分布,并以此为参考设计出梁结构形式的底架;通过尺寸优化得到了底架各个梁合理的梁壁厚度.验证结果表明:优化后的底架性能不仅满足刚强度要求,而且质量比原底架减轻了约9%.     

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。     

卡车平台嵌入式迫击炮座钣结构优化设计

为提高传统迫击炮的战略机动性和战场多样性,将传统迫击炮座钣与卡车底盘结合,设计一种新的卡车平台嵌入式迫击炮座钣。相比于车载迫击炮,嵌入式迫击炮座钣结构简单,造价低廉,不影响卡车正常载物功能的同时,可实现快速车上发射与地面发射的转换。座钣位于卡车新增横梁上,新增横梁下方与支撑装置连接。采用模块化、参数化的有限元建模方法,建立嵌入式迫击炮座钣和卡车底盘的有限元模型。仿真分析发射载荷作用下不同射向射角时座钣与车架的动态特性,验证设计方案的可行性。为进一步提升轻量化与勤务机动性水平,采用OptiStruct软件对座钣进行拓扑优化。结果表明,优化后的座钣变形量基本不变,重量下降30.2%,应力分布更加均匀,并且各个工况下的最大应力均大幅减少,最大降幅为41.2%。     

多工况载荷下动力舱支架结构拓扑优化设计

为了将拓扑优化方法引入某动力舱支架结构的优化设计,采用基于变密度方法的结构拓扑优化技术,以最小化结构静力和频率特性合成柔度指数为目标函数,以保留体积比为约束条件,进行了支架结构的拓扑优化设计,并对优化前、后支架结构的刚强度及模态振型进行了对比与分析,结果表明优化以后动力舱支架的静、动态特性均得到了较大幅度的改善,最大应力由954MPa降低为207MPa,1阶固有频率由48.5 Hz提高到141 Hz,说明采用拓扑优化技术进行动力舱支架结构的优化设计是一种行之有效的方法。     

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。     

基于正交试验的火炮上架多工况结构优化设计

为提高某大口径火炮上架刚强度,建立了火炮上架和摇架结构3种典型工况的有限元模型,进行静态刚强度分析,找出原上架结构存在的问题。通过正交试验得到各子工况最优权重系数组合,利用拓扑优化方法,寻求最佳材料分布,重新设计上架立板形状,修改上架筋板布局,并运用尺寸优化方法确定上架主要板件的厚度尺寸。优化结果表明,在结构质量减小的情况下,该上架各工况刚强度均有不同程度的提高,整体结构更加合理,实现了火炮发射载荷的更合理传递。     

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.