基于逆向工程和拓扑优化的转向节轻量化设计

逆向工程与拓扑优化技术广泛应用于汽车零部件轻量化设计,特别是结构轻量化、工艺轻量化等方面。采用逆向工程和拓扑优化方法对某型车辆转向节进行了轻量化的研究。首先采用逆向工程,在转向节的外表面喷涂显像剂,运用手持式三维扫描仪对转向节进行数据采集,基于Geomagic Wrap软件完成转向节点云数据的优化,点云数据封装,建立起转向节三维模型;其次确定转向节优化的边界,对转向节开展静力分析,根据转向节装配要求与设计经验,重构出转向节优化设计空间,以最小体积为优化目标,采用变密度法完成转向节的拓扑优化设计;然后根据拓扑优化设计结果,结合结构制造工艺,重构转向节结构,并开展有限元静力分析验证,最终实现了转向节的轻量化设计。     

基于拓扑优化方法的分动器箱体轻量化设计

针对某专用分动器的工作特性,利用有限元法建立分动器箱体的有限元模型,基于箱体静强度和模态分析分析结果,采用变密度法对箱体展开以加权应变能最小为优化目标,位移、体积分数和应力为约束下的结构拓扑优化,在此基础上根据拓扑密度云图对其进行优化设计,优化后箱体质量减轻8%。分析结果表明,优化后的分动器箱体综合性能得到提高,实现了箱体的轻量化设计。     

基于逆向工程和拓扑优化的支座轻量化设计

基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支座的轻量化设计。首先通过逆向工程建立起支座三维模型;其次,通过静态有限元应力分析给出优化的约束条件;然后以最小体积分数为优化目标,以最大Von-mises应力和最大位移为约束,以单元密度为设计变量完成支座的轻量化设计。结果表明,在满足所有约束条件下,优化后的支座质量降低了近18%,效果较好。     

基于拓扑优化的某机载显控台轻量化设计

针对某机载显控台的轻量化设计问题,分析该显控台的承载特点,将下台体确定为轻量化设计的具体研究对象。采用结合了宽容分层序列方法的拓扑优化技术,确定了下台体的材料分布形式,基于该拓扑优化结果,利用还原设计方法构建了下台体的参数优化初始模型。在灵敏度分析的帮助下,有效减少了下台体参数优化时设计变量的个数,提高了参数优化效率。优化计算完成后,利用圆整的参数优化结果建立下台体的最终三维模型,该模型的理论质量较依赖经验设计的下台体减少了1.3 kg。轻量化设计后的显控台的随机振动仿真数据和试验结果,均证明该显控台的轻量化设计是成功的。     

基于拓扑优化方法主减速器壳体的轻量化设计

以某越野车主减速器壳体为分析对象,对其进行模态分析和强度分析,得出主减速箱的应力云图和位移云图。在保证原有强度和性能的基础上,根据拓扑密度云图对其进行轻量化优化设计。优化结果表明,主减速器壳体的质量减轻了约5%,同时主减速器壳体的综合性能也得到了提高,实现了主减速器壳体的轻量化设计。     

基于拓扑优化方法装载机执行机构的轻量化设计

以履带式装载机执行机构千秋架为分析对象,对其进行动态仿真、模态分析和强度分析,得出千秋架的载荷谱、应力云图和位移云图。在保证原有强度和性能的基础上,根据拓扑优化方法对其进行轻量化优化设计。优化结果表明,千秋架的重量减轻了40.85%,同时千秋架的综合性能也得到了提高,实现了千秋架的轻量化设计。     

基于拓扑优化的混凝土输送臂基座轻量化设计方法研究

应用有限元方法对混凝土输送臂基座进行静强度分析和模态分析,得出其静强度和固有频率满足轻量化设计基本条件。采用密度拓扑优化方法,以单元材料密度为设计变量,以静强度和固有频率为设计约束,以体积最小化为设计目标,对混凝土输送臂基座进行轻量化设计,引入对称约束和最小成员控制约束,保证优化后的可制造性。结果表明:在满足静强度和固有频率约束的前提下,基座质量可减轻18.3 kg。     

基于拓扑优化方法的方程式赛车链轮轻量化设计

为了得到轻量化的方程式赛车链轮,将拓扑优化方法引入到链轮结构设计中,构建了轻量化优化设计的数学模型,并对链轮初始设计几何模型进行了3次减重的结构优化,得到质量减少49. 59%的链轮;最后,对优化后的模型进行了强度、安全系数和寿命的仿真校核与样件的加工制造,并装配集成到赛车上进行了物理实验。结果表明,优化设计的链轮满足工作要求。     

基于拓扑优化的飞机襟翼支架轻量化设计

以飞机襟翼支架为研究对象,基于最大刚度原则对飞机襟翼支架结构进行轻量化设计。选用AL2014-AREO材料,利用Inspire软件分别对不同优化目标下的不同形状控制方式进行拓扑优化计算,得到支架模型的最佳形状控制方案,将最优控制方案进行梯度拓扑优化,然后对梯度拓扑的最优结果进行几何重构和强度校核,得到最终优化模型。相对于初始模型实现了62.8%减重,且支架模型的应力、位移、安全系数都符合设计要求。该研究结果为飞机襟翼支架结构的轻量化设计提供了一种新的设计思路。     

基于拓扑优化的天线座叉臂结构设计

针对某雷达天线座叉臂结构刚度不满足设计要求的问题,提出了将连续体结构拓扑优化方法应用到叉臂结构优化设计中,通过优化,确定满足刚度要求、重量最小化的叉臂结构中材料的最佳分布形式,并以此为依据对原设计方案进行了改进设计,仿真结果表明,改进后的叉臂结构刚度得到明显提高.     

机载SAR天线座连接支架的拓扑优化设计

拓扑优化方法在雷达天线座的减重设计中具有突出优势,特别适合于大型精密雷达和机载雷达天线座的结构优化设计。文中建立了连接支架的拓扑优化模型,以单元密度为设计变量,体积分数上限为约束条件,加权应变能最小化为优化目标,对机载SAR天线座连接支架进行了拓扑优化设计。考虑到结构美观和制造性,添加了对称平面约束和拔模约束。结果表明:拓扑优化结果符合仿生学原理,在减轻质量的同时,也提高了结构性能。     

某机载设备安装架轻量化设计与分析

机载设备对质量有着极高的要求。文中以有限元分析方法为主要研究手段,开展了某机载电子设备安装架的拓扑优化和结构构型设计,对比分析了该安装架轻量化设计后的质量指标、模态频率及随机振动条件下的应力响应值。经拓扑优化后该安装架质量减轻了21.23%,基频降低了5.66%,安装孔处随机振动最大应力响应值增大了2%,但最大应力值仍低于对应材料的屈服极限,具备足够的强度裕度。分析结果证明了该轻量化设计方法的可行性。     

基于拓扑优化和Kriging模型的前中盾结构轻量化设计

前中盾是盾构机的重要部件,其结构尺寸大、服役环境复杂,因此,在保证结构强度的前提下进行轻量化设计至关重要。针对某型号泥水平衡盾构机的前中盾,通过拓扑优化和尺寸优化实现轻量化。对现有前中盾结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果进行二次设计;针对二次设计后的前中盾结构,构建尺寸优化模型,利用正交试验和方差分析筛选出对性能响应(前中盾质量、最大变形和最大应力)影响较大的结构参数作为设计变量,并通过最优拉丁超立方采样和有限元分析获得45组样本点,由此构建设计变量-性能响应隐式关系的Kriging代理模型;通过序列二次规划算法对前中盾尺寸优化模型进行求解获得最优的尺寸参数组合。验证结果表明,前中盾经过拓扑优化和尺寸优化后,质量减小约30 t,降幅达3.1%。     

某机载电子设备轻量化设计研究

某型飞机严酷的载机环境对其列装的电子设备的重量和结构可靠性提出了更高要求。文中通过整机布局优化、功能模块整合、主承载结构优化的并行设计方法对机载电子设备开展减重设计,并进行了结构动力学仿真分析。结果表明,在满足结构力学性能基础上,减重设计后的设备质量降低了13%,并通过了随机振动、冲击等环境适应性试验。文中采用并行设计的方法,实现了电子设备轻量化设计,可供电子设备结构设计参考。     

一种机载宽频带轻量化双偶极子测量天线设计

在小型旋翼无人机平台的天线测量系统中,测量发射天线要具有双极化、宽频带及轻量化的特点。为实现宽频带与双极化的电性能需求,设计了一种带反射腔的双偶极子天线,2 对偶极子十字交叉,采用同轴电缆馈电,共用一块反射底板;针对轻量化的要求,提出了“铜箔+PA6冶及结构件薄化的新型天线反射腔结构。通过电磁软件CST 建立模型,对偶极子天线进行了仿真。仿真表明,所设计天线在650 ~ 1 400 MHz 的测试频带内,阻抗带宽为73.2%(电压驻波比小于2.5),2 个激励端口的隔离度大于50 dB,增益大于7 dBi,方向图对称性好,天线总质量低于0.6 kg,故天线的综合性能满足该机载测量系统的要求。     

机载无源相控阵天线结构轻量化设计

机载雷达天线发展迅速,已从传统机械扫描天线发展为相控阵天线以及更为先进的机相扫天线。随着雷达技术的发展及电子设备集成度的提高,天线已经成为雷达系统中组成最为复杂、重量占比最大的单元,因此天线的轻量化设计是雷达结构设计的关键技术。某机载无源相控阵雷达天线组成复杂,结构紧凑,单元间距小,重量指标要求严格,结构设计难度大。文中介绍了该天线结构设计中采取的轻量化措施,包括结构布局、模块化设计、复合材料的应用等,并通过力学仿真及环境试验,对天线轻量化设计的结果进行了验证。结果表明,天线结构设计满足产品力学环境要求,设计合理,对相关产品的结构设计有一定的参考意义。     

某星载天线反射罩的热应力优化设计

星载天线在轨运行时主要受温度载荷的影响,其天线结构的热应力优化设计对于系统的安全性和稳定性具有重要意义。文中采用有限元仿真分析的方法研究了某星载天线单元的热应力状态,针对天线单元中反射罩底板热应力远超材料许用应力的问题,从结构形式和材料选择方面提出了多种优化方案。研究结果表明,将反射罩底板的安装位置由外围向内圈转移、将圆形安装孔改为腰形安装孔及选择热膨胀系数小的材料均可使结构的热应力得到优化。     

大型轮轨式天线方位座架优化设计

大型轮轨式天线方位座架是整个结构非常重要的部分,在结构布局合理且满足设计要求的前提下,尽可能轻量化以节约成本。文中利用ANSYS参数化设计语言将原始天线方位座架结构的三维模型转化为有限元模型,进行结构静力学分析。根据计算结果,建立大型轮轨式天线方位座架优化函数,利用ANSYS优化设计模块,对天线方位座架结构进行优化,寻求设计最优解。最终在满足应力、变形以及约束条件要求下,获得轻质量的天线方位座架结构。通过此次优化设计,实现了该天线方位座架轻量化设计,在其应力水平相当的情况下,质量减轻了5%,Z向最大变形减小了15%。文中的设计思路和方法可为实际工程应用提供有益参考和宝贵经验。     

基于超单元技术的大型复杂结构的拓扑优化设计

采用超单元技术处理与车架相连的履带部分模型,并用拓扑优化方法对起重机车架的结构进行重新设计。结果表明,超单元法与传统的全模型分析法相比,求解精度相同,而计算时间仅为全模型分析法的1/3,达到了节省计算时间且保持计算精度的目的。最后通过有限元分析和疲劳试验验证了利用超单元法处理复杂模型的可行性。