边梁式车架的结构灵敏度分析及设计优化

建立了某边梁式车架的有限元模型,利用MSC.NASTRAN分析计算了其弯曲刚度和扭转刚度,并对车架弯曲刚度和扭转刚度进行相对于主要零件板厚的灵敏度分析,以此灵敏度分析结果为依据对车架进行轻量化设计。为该类型边梁式车架结构灵敏度分析和设计优化提供方法和理论依据。     

基于扭转刚度的白车身减重优化

白车身(Body in White,BIW)的扭转刚度是车身重要的力学性能之一,对整车各方面的性能有着直接或间接的影响。以某SUV车型为研究对象,运用HyperMesh软件建立了BIW的有限元模型,并对BIW的扭转刚度进行了仿真分析;为了提高BIW的扭转刚度,利用OptiStruct软件分析了零件板厚对扭转刚度的灵敏度,得到了影响BIW扭转刚度的关键区域;基于灵敏度分析结果,从板厚、焊点两个方面对扭转刚度进行了优化;对比最终优化前后的结果,扭转刚度增加了16.6%,质量减少了3.9 kg。     

微型客车车身静态灵敏度分析及优化

通过HyperMesh软件建立了某微型客车车身的有限元分析模型,并验证了有限元模型的正确性。进行了车身弯曲刚度和扭转刚度对板件厚度的灵敏度分析。根据灵敏度分析结果,选择优化设计变量,以车身质量为目标函数,以车身弯曲刚度和扭转刚度为状态变量,对车身进行结构优化。     

发动机罩的结构轻量化设计

应用拓扑和形貌联合优化,以及基于DOE灵敏度分析的尺寸优化对发动机罩进行轻量化设计。分析了原发动机罩主要承载状态的刚度和一阶约束模态。两种优化设计方法均以体积最小为目标,弯曲刚度、扭转刚度、侧向刚度和一阶约束模态频率为约束条件。根据优化设计结果,给出了两种轻量化方案。对比优化前后的结构性能,从刚度和一阶约束模态频率角度验证轻量化方案的可行性。CAE分析结果表明,两种方法均可以达到降低发动机罩质量且满足结构性能要求的目的,而且,对此发动机罩尺寸优化的轻量化效果更好。     

基于灵敏度分析的商用车白车身轻量化研究

对某商用车白车身进行模态、弯曲刚度及扭转刚度有限元分析。然后对该白车身总成构件进行灵敏度分析,以确定优化设计变量,在保证白车身模态及刚度性能不比优化前降低的前提下,以白车身总质量最小为优化目标。通过优化,使该白车身总成质量降低约5.1%,同时固有频率及刚度性能也有略有提升,达到了轻量化效果。     

钢铝混合客车车身结构扭转刚度的改进研究

钢铝结构车身是电动客车车身的一种主要形式。与传统钢结构同类型客车相比,这种车身结构存在刚度偏低的弱点。针对钢铝车身结构刚度不足的问题,进行了钢铝车身结构的灵敏度优化研究。首先,对客车车身结构进行了弯扭刚度的分析,从定量上进一步证实了这种车身结构刚度偏低的弱点。其次,分析了客车车身各杆件对质量、刚度的灵敏度,从车身杆件中筛选出灵敏度值较大的杆件作为优化对象进行研究。最后,在优化研究中找到了一种车身总质量不增加、车身扭转刚度大幅提高的优化方案。根据优化方案而改进的车身结构在实际工程中收到了满意的效果。     

城市客车车身结构灵敏度分析及优化

建立了某客车车身骨架的有限元分析模型,利用ANSYS软件就该车的车身骨架对车身扭转刚度和一阶扭转频率的灵敏度进行分析,根据灵敏度分析结果选择设计变量,以车身扭转刚度和一阶扭转频率为状态变量,以车身骨架总质量为目标函数进行优化.     

基于隐式参数化的白车身扭转刚度提升

基于某全新开发车型,在项目开发早期阶段,使用隐式参数化设计软件SFE CONCEPT,建立白车身隐式参数化模型并进行扭转刚度摸底分析,性能和质量与目标值相差甚远。在车身优化设计阶段,选取68个设计变量,包括厚度、形状、位置、截面、结构等,对这些选取的设计变量进行扭转刚度和质量的灵敏度贡献率分析,结合质量指标优化方案拓扑分析,优化后的扭转刚度提升至8 080 N·m/(°),减重23.33 kg。通过实车试验,验证了隐式参数化模型的准确性,为后续项目开发提供参考,且缩短了车身车开发周期,降低了质量,节约了成本。     

基于相对灵敏度分析的自卸车车架轻量化设计

在Hypermesh中建立TY型自卸车车架有限元模型,对车架进行了弯曲和扭转工况下的强度与刚度分析,并通过模态试验验证了有限元模型的准确性。对车架部件进行柔度灵敏度、模态灵敏度和质量灵敏度的计算,基于相对灵敏度分析的结果确定优化设计变量,在保证车架刚度和低阶模态频率的前提下,对车架结构进行轻量化优化。结果表明:优化后车架的强度、刚度和低阶模态频率均有所提高,避免了应力集中现象,车架质量减少70 kg,验证了该轻量化设计方法的可行性。     

桁架式车架灵敏度分析与结构优化

桁架式车架在高性能车辆上被广泛使用,其刚度对车辆安全性和行驶平顺性具有重要影响。为了提高桁架式车架刚度,对其结构进行了研究与优化。首先,采用梁单元建立车架有限元模型,分析扭转刚度;然后,对管件壁厚和直径进行灵敏度分析,确定其对车架刚度和质量的影响程度,比较了不同管件的优化效率;最后,分析了不同优化效率管件在扭转工况下的受力状况,采用转化载荷与调整尺寸相结合的方法优化车架。通过与一般优化方法对比,验证了该方法的有效性与优越性。     

基于结构优化的客车骨架轻量化设计研究

建立了某大型客车车身骨架FE模型,获取了自由模态参数以及静态弯曲和扭转工况下的刚度和强度特性。基于分析结果,对车身骨架结构形式进行了改进。利用优化设计方法,建立了以客车薄壁梁厚度为设计变量,车身总体积和表征车身刚度的状态量为响应的优化模型。通过对影响车身轻量化和力学性能指标构件的灵敏度分析,筛选了设计变量,重新建立了以车身骨架总体积最小为目标的优化模型,得到了轻量化效果明显的优化方案。最后对轻量化模型进行典型工况分析,与初始模型进行了对比,验证了优化方案的可行性。     

基于稳健性多目标优化的微客尾门轻量化设计

针对微客尾门结构的轻量化设计问题,提出了一种基于稳健性多目标优化的尾门轻量化设计方法。首先通过灵敏度分析方法筛选出了对尾门性能贡献量较大的尾门零件厚度作为设计变量,并建立了尾门各个工况响应的近似模型,其次以尾门扭转刚度、下垂刚度、尾门前三阶模态频率和抗凹分析点为约束条件,以尾门质量最小和第一阶模态频率最大和弯曲刚度位移量最小为目标,利用NSGA-Ⅱ算法对尾门进行了多目标优化,通过蒙特卡洛模拟技术对尾门进行了6σ质量水平和可靠度分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。最终结果表明:优化设计后尾门结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻了2.28 kg,且弯曲刚度和第一阶模态得到提高;同时尾门结构各工况性能的稳健性也得到改善,达到6σ质量水平。     

数控机床进给系统刚度分析及前馈补偿控制研究

根据滚珠丝杠一端止推和两端止推两种方式,基于弹性力学原理建立了进给系统的轴向刚度模型和扭转刚度模型。分析了刚度对进给系统死区误差的影响,在对轴向变形引起的位移偏差和扭转变形引起的角位移偏差分析计算的基础上,给出了刚度引起的死区误差计算方法。建立了包含刚度环节的进给系统模型,通过仿真对系统动、静态性能和稳态误差进行了分析。为减小刚度因素对系统性能的影响,提出前馈控制方法进行刚度补偿,仿真结果表明该方法提高了系统的动、静态性能,使系统稳态误差减少了58%以上。     

考虑几何非线性的结构形状优化灵敏度分析

基于非线性增量有限元理论,给出了全拉格朗日描述下的空间结构优化设计有限元刚度表达式,导出了考虑几何非线性项的结构形状优化位移灵敏度和应力灵敏度的计算公式,并通过数值算例验证了公式的正确性和有效性,同时表明灵敏度分析中,考虑几何非线性项将显著提高优化设计的效率和精度。     

基于虚拟样机技术和灵敏度分析的地面火炮射击稳定性优化研究

传统的火炮设计和分析均基于“平面、对称和静平衡”三个基本假设，实际上是一种静态的分析方法，尽管在工程实践中引入了多种经验符合系数，但是火炮分析结果和试验的一致程度不能令人满意。这是因为火炮的射击过程是一个动力学过程，需要采用动力学分析方法。虚拟样机技术的出现为火炮射击稳定性研究提供了新的方法，文中在建立火炮动力学模型的基础上，通过选取火炮结构参数对火炮射击稳定性进行研究，利用虚拟样机分析高低机刚度和阻尼、大架刚度和阻尼、土壤介质刚度和阻尼、后坐质量偏心和耳轴位置偏心对火炮射击稳定性的影响。通过引入改进的相对灵敏度分析公式，解决具有不同量纲的影响因素的比较问题，进而确定影响火炮射击稳定性的重要结构参数。针对目前优化技术存在的局限性，以火炮射击稳定性为目标，采用优化子空间的逐层优化方法对火炮射击稳定性进行研究，找到一组使火炮稳定性最优的结构参数，证明虚拟样机技术对火炮系统动态特性仿真的可行性和优越性。最后，展望了虚拟样机技术在武器装备领域应用的前景。     

基于有限元的全地形车车架刚性分析

通过建立全地形车车架的有限元模型,运用有限元分析的方法,采用合理的模型简化,对全地形车车架的弯曲刚度、侧向刚度和扭转刚度进行了力学分析,应力云图给出其薄弱部位;对车架提出了合理的改进意见,以保证全地形车车架具有足够的刚度。为全地形车车架结构的改进和优化提供了参考。     

具有某阶频率约束的试验架设计

为了避开试验架的加载设备的激振频率与试验架的某一阶固有频率耦合，提高试验系统工作的可靠性、安全性和动态性能，针对试验架的结构特点，对试验架建立了具有某阶固有频率约束、以重量最小化为目标函数的优化模型。通过有限元建模、灵敏度分析和采用逐次线性规划求解优化问题，对试验架的主要构件的截面参数进行了优化。结果表明，该方法具有简单、收敛快，具有一定的工程价值。     

考虑连接性的三明治阻尼复合结构拓扑优化设计

三明治阻尼复合结构的力学性能取决于阻尼层材料的性能,综合考虑该结构的阻尼性能和可制造性要求,提出了一种面向结构宏观性能并考虑连接性的三明治阻尼复合结构拓扑优化设计方法。以最大化结构模态阻尼比为目标,考虑微结构刚度相材料的连接性,通过组合强制性连接约束法和非线性扩散法,构建了连接性约束下的阻尼复合材料微结构的优化设计模型,并结合3D打印技术实现了三明治阻尼复合结构的制造。运用所提方法对典型结构进行优化设计,得到了刚度相保持连接的阻尼复合结构,且优化后的结构阻尼变大,结构的频率响应变小,实现了三明治阻尼复合结构材料结构设计制造协同优化设计。仿真和实验结果表明,在微结构上存在最优的阻尼材料体积分数使优化后的三明治结构频率响应最小。     

轻型客车车身刚度灵敏度分析及优化

建立某国产轻型客车车身刚度有限元分析模型，确定有限元模型的边界条件及分析载荷，并对有限元模型进行试验验证。利用ANSYS软件就该车的车身骨架及车架各部件对车身弯曲刚度和扭转刚度的灵敏度进行分析，根据灵敏度分析结果选择设计变量，以车身的总质量和车身构件的最大应力为状态为量，以车身弯曲刚度和车身扭转刚度为目标函数，对该车的车身刚度和车身扭转刚度进行优化。