基于多目标的数控铣镗床床身优化研究

为了提高某大型数控铣镗床床身的性能,运用现代设计方法对该床身结构的设计变量进行了多目标优化。在分析床身结构特点的基础上,以质量和一阶固有频率为目标建立了床身结构优化数学模型,在Pro/E中实现床身结构三维模型的全参数化建模,应用主要目标法将多目标数学模型转化为单目标数学模型,使用ANSYS Workbench软件对转化后的数学模型进行了优化计算,优化计算结果有效地减轻了床身质量,提高了床身的一阶固有频率。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

深孔钻床床身的拓扑轻量化设计

为了实现深孔机床的轻量化设计,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床床身进行了结构优化设计。首先,利用UG对Z8016的床身初始结构进行了三维建模并导入HyperWorks进行模态分析,然后,根据变密度法的基本思想,建立以床身结构的相对密度为设计变量,以体积分数(质量)最小化为目标函数,一阶固有频率为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了床身材料的最优分布图,最后根据优化方案对初始结构进行了重构设计。研究结果表明,改进后的床身结构,一阶固有频率基本保持不变,质量减少11.2%,满足设计要求。     

大型数控螺纹磨床床身的模态分析与优化

采用三维设计软件SolidWorks建立某大型螺纹磨床床身的三维模型,并借助有限元软件ANSYS对其结构进行了模态分析,给出床身前三阶固有频率和相应振型,识别了该床身结构的薄弱环节,在此基础上,以床身结构固有频率和设计重量为优化目标,提出该床身结构五种改进方案,并通过对各种方案分析比较确定结构最优方案。优化后的床身与原型相比,重量降低7.84%,前三阶固有频率均有大幅提高,其中第一阶固有频率提高35.46%,实现了床身的动态优化,对大型机床床身的结构优化设计有着较大的借鉴意义。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

三通管加工数控专用机床床身的优化分析

以提高床身的动态性能和减小床身质量为目标,使用ANSYS Workbench有限元分析软件,对床身结构进行动静态特性分析,找出床身较好的加强筋布置方式以及较好的出砂孔形式。最后通过对床身进行静力学分析校核。优化后床身的一阶固有频率提高了42.56%,质量减少了12.72%。该床身的结构设计方案对于类似的T型床身设计具有一定的借鉴意义。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于多频拓扑优化的深孔机床床身动态分析

为了提高深孔钻床床身的抗振性并减轻重量,将多频拓扑优化技术引入床身的结构设计,对其进行了动态特性研究。首先利用ANSYS有限元分析软件对原床身结构进行了模态分析,识别出床身结构的薄弱设计;其次,以床身的前三阶固有频率最大化为目标函数,以床身质量为约束条件,对床身进行多频拓扑优化;在此基础上,根据密度云图所示材料分布,对床身筋板进行重构设计;最后,对优化前后的床身进行谐响应分析,对其动态性能进行了验证。结果表明:优化后床身的前三阶固有频率显著提高,同时质量也下降了4.08%,从而达到了提高其动态性能和减重的优化目标。     

变载荷铣削力影响下的加工中心床身结构优化设计

针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。     

多目标优化在大型加工中心轻量化设计中的应用

为保证某大型加工中心的加工精度和切削效率,以其关键部件立柱为例,提出以质量及一阶固有频率为多目标优化的机床轻量化设计方法。首先根据有限元法利用有限元分析软件ABAQUS对立柱进行动静态特性分析,根据立柱结构分析提取影响1阶固有频率与质量的关键因素。通过均匀试验设计,利用MATLAB建立目标与关键因素的多元线性回归方程并进行灵敏度分析,找出敏感性因素。运用响应面法建立敏感因素与目标的2阶响应面数学模型,进而建立以减轻质量与提高固有频率为目标的立柱优化模型,最后应用MATLAB对数学模型进行优化求解。立柱经过优化后,提高立柱固有频率的同时质量减轻13.6%。     

基于多目标优化的氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计

以某公司生产的10m氢燃料电池客车为研究对象,建立氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型,并完成了四种典型工况静力学分析和模态分析,得到了车身骨架的应力应变分布和模态频率。然后将全部骨架分组处理,以厚度为设计变量,进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析的结果,筛选出对骨架性能响应不敏感,但是对质量响应比较敏感的部件,完成了以厚度为设计变量,以质量和扭转刚度为目标,一阶模态频率为约束条件的多目标优化设计。通过对比优化前后,得出了客车骨架质量有原来的1.936t减轻到1.823t,减轻了113kg.同时客车的各项特性也满足设计要求。     

指尖密封迟滞特性的当量优化研究

从指尖密封装置的工作原理出发,将指尖密封迟滞性能优化问题转化为一个能够进行数学处理的简单当量模型的优化问题.通过建立当量模型中各等效参数和实际指尖密封结构参数之间的映射关系,构建了指尖密封迟滞性能优化的质量-弹簧-阻尼当量模型.以此当量模型为研究对象,实现了以指尖密封迟滞率最小为优化目标进行指尖密封结构参数的优化计算,解决了指尖密封装置迟滞性能优化的不可控问题.有限元仿真计算实例支持了这一当量优化模型.所提出的分析方法为指尖密封性能的进一步优化设计提供了一定理论参考依据.     

多工况下微型电动车车身结构拓扑优化设计

以车身多工况权重刚度最大化为优化目标,以体积比、节点位移及一阶频率为约束条件,建立了微型电动车车身结构多刚度拓扑优化模型。在采用线性加权方法将多刚度这一多目标优化问题转化为单一目标优化的过程中,基于层次分析法提出了多工况权重比的计算方法。该方法使车身优化设计中权重比的设定有据可依,可避免由于设计者主观因素造成的权重比偏差。该多刚度拓扑优化模型体现了车身结构的拓扑优化设计,得到了满足性能要求的清晰车身结构。     

基于多目标遗传算法的圆柱螺旋压缩弹簧方案设计

基于圆柱螺旋弹簧的设计特点,建立了解决该类问题的非线性约束多目标优化数学模型。采用NSGA-Ⅱ算法,对圆柱螺旋压缩弹簧进行了优化,验证了多目标优化模型的正确性和实用性,并实现了多方案设计,为弹簧的优化设计与决策奠定了基础。     

基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法

提出了基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法。在确定设计空间及载荷后,采用带惩罚的变密度法(Solid Isotropic Microstructures with Penalization,SIMP)的结构拓扑优化技术,以多工况静力结构柔度和1阶自然频率为优化目标,建立了床身模结构拓扑优化模型,并在考虑工艺性的前提下,确定了床身板件焊接加强肋的最优布局。优化前、后的对比表明,优化后床身的静、动态性能均得到了显著提高,最大应力下降了13.39%,导轨刚度提高10.78%,1阶自然频率提高了9.28%。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

车身结构NVH特性多目标拓扑优化研究

建立了某车身地板结构动力学有限元模型,通过分析自由模态固有频率和多点激励下频率响应,验证了车身地板数值分析模型的有效性。以地板结构各激励点最大振动速度的平方和最小化作为目标函数,建立了多目标拓扑优化模型。通过解读优化结果,提出了地板结构改进方案。改进后的车身地板结构各阶自由模态固有频率增加达10%以上,各激励点速度响应大大降低,NVH特性明显提高。研究表明,减小振动速度的多目标拓扑优化设计是一种改善车身NVH特性的有效方法。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

频率约束优化设计方法及工程应用

介绍了一种将频率灵敏度分析程序嵌入到结构分析程序中去，然后与数学优化方法相结合，实现结构频率优化设计的新方案。用工程实例验证了使用新方案研制的结构频率优化设计系统。结果表明：方案是切实可行的，使用新方案开发的程序，能够用来解决工程结构频率优化设计问题。     

碟式分离机的模糊优化设计

运用模糊理论对碟式分离机进行优化设计。选择碟式分离机最优设计方案作为优化设计的目标,建立其数学模型并确定“绝对满意”加权海明距离。通过选取碟式分离机有效材料消耗、效率、分离因素、生产能力等作为约束条件,讨论了其隶属函数。运用复合形法将碟式分离机的模糊优化问题转化为非模糊优化问题,建立了非模糊优化数学模型,再按优化设计问题进行求解,使碟式分离机的分离因素、生产能力的权数更能符合工作实际,从而提高碟式分离机的工作效率和降低成本。