载货汽车发动机飞轮壳加强筋布置的优化设计

论述了载货汽车发动机飞轮壳加强筋的布置优化设计。在布置优化过程中,以应力约束条件下加强筋的最小重量为目标函数,将加强筋布置在应变能(或应力)较高的位置。利用加强筋单元应变能灵敏度给出了飞轮壳加强筋优化位置的搜寻方法,即通过确定加强筋单元的使用效率来决定应该被删除的无效单元。在迭代设计过程中,应用一种高效的重分析方法提高了计算速度。该方法与传统设计方法相比,大大缩短了优化设计周期,提高了设计精度。     

板壳加筋结构的组合优化

提出了一种将结构加筋布局优化和结构参数优化相结合的优化方法。该方法先对结构中的加强筋进行布局优化,然后再优化结构参数。在加筋布局优化中,用单元应变能密度灵敏度作为删除单元的准则。在参数优化中,目标函数和约束函数被近似地表示为二阶表达式,并用改进的DFP(Davidon,Fletcher and Powell)方法来求优化解。为了降低计算复杂度,采用组合近似(CA)方法对修改后的结构位移和应力进行重分析,并应用该方法对储水箱结构进行了结构优化设计。数值结果表明,该方法处理板壳加筋结构优化问题十分有效,而且容易在计算机上实现。     

板壳加筋结构的组合优化

提出了一种将结构加筋布局优化和结构参数优化相结合的优化方法。该方法先对结构中的加强筋进行布局优化,然后再优化结构参数。在加筋布局优化中,用单元应变能密度灵敏度作为删除单元的准则。在参数优化中,目标函数和约束函数被近似地表示为二阶表达式,并用改进的DFP（Davidon,Fletcher and Powell）方法来求优化解。为了降低计算复杂度,采用组合近似（CA）方法对修改后的结构位移和应力进行重分析,并应用该方法对储水箱结构进行了结构优化设计。数值结果表明,该方法处理板壳加筋结构优化问题十分有效,而且容易在计算机上实现。     

某大型客车变速器壳体动态特性与强度分析

变速器壳体是汽车动力传动系统的主要噪声辐射件之一,其动态特性影响到变速器的结构振动,并产生噪声.对壳体进行模态分析有利于改进结构,而结构强度分析可以进一步验证壳体结构设计的合理性.文章以某大型客车变速器壳体为研究对象,通过建立壳体三维模型,运用有限元软件完成壳体的模态分析与其特定工况的强度分析,分析结果表明：该变速器壳体的结构设计具有良好的动态特性,同时在特定工况下能够满足设计强度的要求.     

利用变厚度单元进行平面连续体的拓扑优化

提出了用变厚度矩形有限单元求解变厚度平面连续体拓扑优化问题的方法。根据计算出的每一节点处的应力,利用满应力设计方法的应力比公式,改变板在节点处的厚度,删除厚度过小处的单元,重新形成结构拓扑和刚度矩阵。按以上过程反复 迭代,实现拓扑优化。这种方法使得各单元间的厚度连续变化,在未增加单元及节点数量的情况下,提高了计算精度,减少了迭代次数。迭代过程中,矩形单元退化为常应变三角元,使结果的边界过渡更为光顺。中推导了变厚变矩形有限单元的单元刚度矩阵。     

多频率约束下振动筛动态拓扑优化设计

应用多频率约束下板结构加筋动态拓扑优化方法,提高了振动筛筛体的刚度。为了避免映射求解的麻烦和载荷病态,提出了单元(或单元组)特征值灵敏度,并给出了识别被删除单元(或单元组)的多模态无量纲混合测度。描述了优化过程,在板结构中增加可能的加强筋形成基础结构,并将单元按加强筋为单位分组。该方法应用在振动筛筛壁的加筋布局优化中,得到了理想的优化结构。     

塑料机油冷却器盖加强筋参数的多目标优化

在塑料机油冷却器加强筋参数优化设计中,为了有效地降低振动噪声及提高罩盖强度,结合流固耦合、响应曲面法(RSM)、带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对塑料机油冷却器盖加强筋参数进行多目标优化.采用流固耦合的方法对原塑料机油冷却器盖的振动噪声水平进行预测,根据预测结果识别出对噪声贡献度较大的耦合模态频率;计算流体压力作用下罩盖的应变能;在罩盖底面布置加强筋,基于最优拉丁超立方设计和响应曲面法(RSM)建立加强筋设计参数与识别出的耦合模态频率、应变能和加强筋体积之间的近似模型;以耦合模态频率、应变能及加强筋体积作为优化目标,应用NSGA-Ⅱ对加强筋设计参数进行优化.结果表明,相对于原塑料机油冷却器盖,总声功率级降低了1.6dB,应变能降低了1 561N·mm.     

基于PATRAN/NASTRAN的复合材料机翼蒙皮优化设计

基于有限元分析软件PATRAN/NA STRAN建立了适用于大型复合材料结构的优化系统。对层压板的优化分2级交替进行:第1级优化采用最大应变能准则调整各分层比例;第2级优化先用射线步调参,再从K uhn-Tucker条件和满应力准则出发推导出满足位移约束和强度约束的单元厚度迭代因子进行单元厚度优化。针对文中的优化方法,以复合材料机翼盒段蒙皮铺层优化为例进行了数值计算,通过优化计算验证了该方法有较高的效率,对工程设计具有一定的应用价值。     

连续体结构拓扑优化的应力约束全局化(英文)

连续体结构拓扑优化面临3个困难:1)基于柔顺度为目标的连续体结构,多工况问题是多目标问题,相比较单工况而言,更难于解决;2)局部性约束问题．如单元应力极限,比全局性约束问题如位移或频率极限,要复杂的多,因为局部约束问题敏度分析计算量巨大．3)载荷病态问题．类似于结构分析中的“总刚病态”,不容易得到最终的合理的拓扑结构,因为考虑到当载荷的大小差距较大时,在迭代过程中,小载荷的传力路径有可能消失．为克服上述困难,采取了如下措施: 1)利用ICM方法建立拓扑优化模型．2)基于von Mises强度理论,所有单元的应力约束转化为结构的应变能约束,即全局的约束代替了局部约束．3)载荷病态被分成3种情况:(a)各工况间有载荷病态,但工况内无载荷病态;(b)仅在某工况内部有载荷病态;(c)各工况间有载荷病态,同时某工况内也有载荷病态．4)采用应力全局化的ICM方法,基于应变能的策略,上述提到的3种载荷病态问题按照不同的方法逐个得到了解决．数值算例说明了用全局应变能约束代替局部应力约束,传力路径更容易得到．用结构应变能代替载荷作为调整系数的方法非常好地解决了载荷病态问题．     

基于随机有限元法的平面多裂纹结构可靠性研究

在考虑材料参数、裂纹长度、外载分散性的前提下,文章首先用一般六节点单元和六节点奇异等参单元建立了平面裂纹的有限元模型,用Taylor展开随机有限元方法分析了平面裂纹应力强度因子分散性。在考虑多裂纹结构的断裂韧性和应力强度因子服从对数正态分布的基础上,结合可靠性分析中的应力强度干涉模型和二阶窄边界理论,建立了多裂纹结构的裂纹失稳扩展可靠性模型。当结构处于平面应变状态时,极限应力强度因子可以直接采用材料断裂韧性,当结构的厚度不能满足平面应变状态要求时,必须将材料平面应变断裂韧性转换为能适用的极限应力强度因子;对于各裂纹的应力强度因子及其分散性,可以通过随机有限元方法计算得到。     

汽车变速箱壳体结构拓扑优化设计

将基于变密度法的拓扑优化技术引入到汽车变速箱壳体结构设计中,同时在优化过程中考虑了制造工艺的约束。首先通过对变速箱壳体分别进行静态和动态拓扑优化来提高变速箱壳体结构的强度、刚度、固有频率以及控制结构重量。然后根据拓扑优化结果并综合考虑其制造工艺等要求,对变速箱壳体进行详细的结构设计。最后对变速箱壳体最终设计模型进行应力分析和模态分析,结果表明:该变速箱设计方案不仅在各工况下的应力水平低于材料屈服极限,而且一阶模态避开了动力总成系统共振敏感区。     

ESD应力下改进型SCR器件设计与漏电特性优化

为探讨片上集成电路静电放电防护的易闩锁与漏电软失效问题,设计了一种内嵌MOS结构的N跨桥可控硅器件．传输线脉冲测试结果表明：与传统N跨桥改进型可控硅相比,该器件的电压回滞幅度减小了约28.6%．然而,当作用于该器件的瞬态电流从2.0A增大到3.2A时,漏电流从2.8×10^-7A逐渐退化至1.7×10^-5A,器件较易发生软失效．借助TCAD技术,仿真结果表明：在10^-4A的静电脉冲应力作用下,该器件内部晶格温度高达1160.5K．通过优化内嵌MOS结构的N跨桥可控硅器件的版图及其金属布线,削弱器件内部的功率密度聚集效应,可使器件在相同电应力下漏电流稳定在10^-9A量级．因此,该版图优化方法可有效地抑制器件的局部过热,提高片上集成电路的静电放电防护方案的热稳定性．     

应力约束下汽车车架结构的拓扑优化设计

为了得到汽车车架的概念化设计,本文基于独立、连续、映射方法,给出了汽车车架结构的计算机辅助优化设计的有效方法．采用应力全局化策略,将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,建立了以结构质量为目标,应力约束下的汽车车架结构的拓扑优化模型,研究了多工况应力约束下连续体结构拓扑优化问题．另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解．对车架结构的数值分析表明了该方法的可行性与有效性．     

全球能源互联网受端特高压网架双阶段优化

特高压作为全球能源互联网的关键支撑,其规划将影响世界能源的安全性和经济性,针对受端特高压电网的规划问题,综合落点布局和网架结构调整,提出双阶段优化方法。在第一阶段,以最大化受端交流系统强度、静态电压稳定性和最小化网络有功损耗为优化目标,构建三目标优化模型对特高压落点进行规划,采用归一化方法和标量化方法求解。在第二阶段,以短路电流和性能代价比为指标,基于BPA软件,对受端网架结构进行优化调整。以山东电网特高压网架规划为例进行仿真,结果表明落点优化布局方案与实际情况相符,提出方法能够有效保证特高压接入后电网的安全、经济运行。     

结构优化中的海森矩阵的近似迭代方法

为了避免在结构优化中近似计算目标函数和约束函数的二阶泰勒展开式时计算海森矩阵,提出了只计算函数的一阶导数项计算海森矩阵逆的方法(DFP方法),这种方法省去了计算函数的二阶导数矩阵和求矩阵的逆的过程。通过对悬臂板结构的优化计算表明,该方法对结构优化问题是有效的。     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

基于流固耦合的离心风机蜗壳结构分析及优化

为了使风机运行更加平稳,提高通信基站的节能效果,需要对离心风机蜗壳进行结构优化.使用ANSYS Workbench协同仿真平台进行了考虑内部流场和蜗壳振动相互作用的双向流固耦合数值计算,模拟了离心风机蜗壳在受到风机气流非定常压力下的动力响应.在蜗壳初始设计模型的前盖面使用加强筋固定,加厚蜗舌部分.研究结果表明,优化后的蜗壳总变形和等效应力都有明显减少,优化结构解决了蜗壳在蜗舌处应力集中的现象,同时有效地改善了风机前盖面和出口处的振动.     

货车制动在公路长大下坡安全研究中的应用

为了改善山区高速公路长大下坡的安全性能,用能量守恒理论建立了长大下坡货车制动器变速温度模型.通过野外试验和数理统计,对模型的部分参数进行了标定和修正.提出长大下坡临界坡度Ⅰ、Ⅱ的概念,提出我国长大下坡安全风险分级指标.结合运行速度和制动器温度对我国公路的长大下坡安全风险进行评价.结果表明:基于制动器温度的临界坡度是山区高速公路长大下坡缓和过渡段设计的控制坡度.货车主制动器升温模型作为一种有效快速的道路安全评价手段,可量化长大下坡安全风险等级,有助于避险车道位置选定和其他安全辅助措施的实施.