基于SIMP材料插值模型的某航炮弹箱传动齿轮轻量化设计

为了提高战机的性能,实现航炮轻量化设计的目的,以某航炮弹箱传动齿轮为研究对象,通过基于SIMP(Solid Isotropic Material With Penalization)材料插值模型的拓扑优化方法,建立了以齿轮结构单元密度为设计变量,柔度最小为目标函数,优化前后体积分数百分比和结构平衡方程为约束函数的拓扑优化数学模型,对弹箱传动齿轮进行了拓扑优化研究。根据拓扑优化结果对齿轮进行了结构改进和静力学分析,分析结果表明,在满足结构刚强度以及保持供弹原理不变的前提下,优化后的齿轮结构比初始结构质量减少了15. 4%,最大变形减少了14. 2%,最大应力增加了20. 8%,实现了齿轮结构的轻量化设计。这对于齿轮结构减重具有工程应用价值,并为其他零部件轻量化设计提供了参考。     

OptiStruct在风洞设备结构优化设计中的应用

本文应用HyperWoks的集成模块OptiStruct对风洞架车转盘的回转台面在给定位移和应力约束条件下以体积作为优化目标进行了轻量化设计,首先通过拓扑优化明晰了结构设计形式,然后通过尺寸优化进行细节优化设计,结构优化后减重达到27%。     

某型机翼翼梁结构优化设计研究

在进行某型飞机机翼翼梁设计时,在翼梁拓扑优化中,基于有限元分析方法建立了以翼梁腹板的最小柔顺度为目标函数、以体积分数为约束条件、腹板单元密度为设计变量的数学模型,通过对翼梁腹板进行拓扑优化获得了翼梁刚度提升的结构形式;在翼梁尺寸优化中,建立了以翼梁体积最小为目标函数、以梁的许用应力为约束条件、单元厚度为变量的数学模型,并进行了主梁/后梁结构的尺寸优化。优化后主梁、后梁结构减重分别达26.5%及27.7%,一阶频率分别从1.17 Hz和4.34 Hz增加至2.26 Hz和4.59 Hz。初步实现了机翼翼梁结构的轻量化设计目标。     

地铁车载蓄电池箱结构的优化研究

针对近些年列车不断提速,车载设备急需轻量化的问题,对某地铁车载蓄电池箱的结构强度、疲劳强度、模态、3种结构优化方法等方面进行了研究。对拓扑优化变密度法和单目标、多目标优化方法在轨道车辆的应用开展了归纳,提出了基于变密度法的拓扑优化、尺寸优化、形貌优化相结合的优化方法;依托结构优化设计理论及OptiStruct优化软件对箱体进行了优化分析,利用疲劳数据系统对优化后的箱体进行了测试。研究结果表明:该优化方法实现了框架结构减重约31.5%,静强度满足材料许用应力值,一阶固有频率提高到20.7 Hz,疲劳损伤值小于0.7,实现了结构的最大轻量化,优化方法为其他类型车载设备的轻量化设计提供了有益的借鉴。     

应急监测拖车车身骨架结构分析与轻量化研究

运用有限元分析理论,在ANSYS Workbench有限元软件中建立应急监测拖车车身骨架结构的有限元模型,并对其进行静力学分析和模态分析。根据分析结果采用拓扑优化方法对应急监测拖车车身骨架进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果并结合车身骨架的设计和制造工艺要求,对车身骨架结构重新进行布局和设计,得到优化后的车身骨架结构。通过相对灵敏度分析找出对车身骨架性能不敏感但对车重敏感的设计变量,采用多目标尺寸优化的方法对应急监测拖车车身骨架结构进行轻量化设计,并对其在水平弯曲、极限扭转、紧急制动和紧急转弯4种典型工况下的性能进行对比。结果表明:优化后的车身骨架在满足各项性能要求的前提下,实现减重86.57 kg,减重率为14.08%,取得了一定的轻量化效果。     

某型无人机起落架结构拓扑优化

为了探索拓扑优化设计在起落架结构上的应用,基于变密度法,建立了某型无人机起落架外筒支柱的拓扑优化模型,利用业内著名的结构优化平台OptiStruct,获得了满足多种典型工况下和多种约束条件下的最佳拓扑结构。对优化前后的模型进行静强度有限元仿真对比后,结果表明优化后的结构不仅减重20%,还大大降低了应力水平,满足强度和刚度设计要求。采用的拓扑优化设计方法对改进起落架结构设计,实现结构轻量化,提高飞机的性能和经济性具有重要意义。     

基于多目标拓扑优化技术的齿轮结构优化设计

为加强齿轮刚度和对外界激励的抑制能力,减少齿轮制造的材料使用率,引入多目标拓扑优化理论并运用OptiStruct对齿轮最佳结构进行设计。首先,依据齿轮的实际工作状况,基于HyperMesh分别以刚度和一阶固有频率为优化目标,以优化前后体积比为约束条件构建齿轮的SIMP优化模型并运用OptiStruct进行求解。然后,采用折衷规划法定义多目标函数,基于层次分析法计算决策矩阵并确定多目标函数的权重因子。最后,运用OptiStruct求解出齿轮结构的最佳材料分布。优化结果表明,优化后的齿轮不仅提高了力学性能和抑制振动能力,还降低了齿轮材料的使用率,实现齿轮结构的轻量化设计。     

节能赛车铝合金车架结构分析与优化设计

车架作为整车的重要受力部件,其结构分析与轻量化设计对整车节能具有重要意义。综合运用有限元分析软件ANSYS与HyperWorks,分析了某节能车车架在典型工况下的刚度与强度水平,并在此基础上依次对车架进行了基于密度法的结构拓扑优化及基于一阶优化方法的截面尺寸优化。通过两次优化设计,车架的局部变形与应力集中得到明显改善,车架竖向最大变形量从3.21mm优化为0.99mm,刚度得到了提高;车架质量从5.00 kg优化为4.17 kg,减重16.6%,实现了车架轻量化设计。     

高性能齿轮传动数据库软件设计与开发EI北大核心

针对我国高性能齿轮传动基础数据管理不规范,齿轮传动数据库和设计软件功能欠缺等问题,设计了高性能齿轮传动数据库软件框架和数据库结构,基于C++语言、Qt应用程序框架和轻量化数据库引擎SQLite开发了高性能齿轮传动数据库软件,并应用于齿轮行业设计分析和生产管理。该软件实现了齿轮材料、工艺、结构、性能等基础数据的高效流程管理和科学数据分析;开发了包括工况分析、寿命预测、轴承选型、结构优化等齿轮传动系统设计模块,实现复杂可变边界条件下齿轮传动系统设计和多目标优化;成功应用于同向平双齿轮传动系统减重、特种车辆重载齿轮数据整理分析等,为高性能齿轮传动行业提供自主可控的有效工具支撑。     

桥式起重机主梁多工况拓扑优化设计研究

利用HyperMesh前处理软件与OptiStruct求解器,以体积分数与静态位移为约束,以三种典型静态工况下对应的最小柔度为目标函数,基于SIMP变密度法与数学折衷规划优化法,建立了桥式起重机偏轨箱形主梁多工况拓扑优化模型.经有限元分析计算后得到了同时满足多种工况载荷的起重机主梁拓扑结构.根据拓扑优化结果设计出主副腹板新型开孔式结构,随后进行了主梁重构后强度、刚度与稳定性的有限元分析验证.实现了对偏轨箱形主梁经拓扑优化后合理减重的目的,为起重机主梁的结构创新设计提供了一定指导.