基于有限元法的矩形薄壁梁轴向耐撞性能优化

矩形薄壁空心直梁是汽车纵梁经常采用的结构形式,并且是承受正面碰撞的主要部件,其结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车研究的重要内容.以矩形薄壁梁为研究对象,基于动态有限元分析模型,利用LS-DYNA软件中的OPT模块技术,研究矩形薄壁梁横截面的边长比变化对其耐撞性能的影响,对薄壁直梁在轴向冲击载荷下的耐撞性能进行了优化仿真.优化结果表明,当矩形两个边长的比值为0.6时,结构的碰撞力峰值最小,吸收的塑性变形能最大,具有最好的耐撞性能.     

基于汽车轴向耐撞性的前纵梁设计与优化

以某车型纵梁前段轴向耐撞性为优化目标,采用局部加强的方法对截面形状进行改进,增设轴向梯形槽。对改进前、后的前纵梁进行轴向碰撞仿真,并以梯形凹槽的特征尺寸为设计变量,利用序列近似优化方法对模型进行优化。结果表明,改进后的前纵梁的耐撞性得到了加强,从而为进一步提高整车耐撞性提供了参考。     

基于响应面法某轿车后纵梁支架结构优化

针对某轿车追尾碰撞试验中后纵梁支架的耐撞性优化问题,运用中心复合试验方法合理分布试验点,并结合最小二乘法建立了以三对吸能槽位置为形状变量的刚性墙最大位移、撞击力峰值的响应面模型。采用遗传优化算法对响应面模型进行了优化计算。结果表明,在不影响后纵梁总成和车身其他结构的条件下,优化后的后纵梁支架有较好的吸能槽位置排布,其耐撞性有了显著提升。该优化方法能用较小的计算成本来有效预测和指导工程实践中产品的耐撞性设计,在车身结构和汽车零部件的耐撞性设计中具有一定的实用与推广价值。     

60MN力标准机承压板结构多目标拓扑优化研究

针对60 MN力标准机承压板结构轻量化拓扑优化时,既要求结构的刚度最大化又要求结构的低阶固有频率最大化的多目标拓扑优化问题,提出了针对多个目标采用加权平均的方法把多目标优化问题转化为单目标优化问题。通过对选定的多个低阶固有频率目标函数采用加权求平均频率的方法实现了承压板结构的动态特性优化;采用加权平均的方法确定了刚度和频率的综合目标函数,实现了承压板结构的多目标拓扑优化,最终设计出了一种新的承压板结构。研究结果表明,优化后的承压板结构的最大变形量减少了25.5%,最大应力减少了14.1%,前五阶固有频率增加了5.7%~13.2%;可以看出新的承压板结构的前五阶固有频率和静态刚度均得到显著提高,从而验证了该优化方法的可行性。     

TB级可导向防撞垫吸能盒拓扑优化设计

为了可导向防撞垫轻量化设计,基于混合元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,对可导向防撞垫吸能盒进行多工况拓扑优化分析,提取了吸能盒拓扑构型。并且利用正交试验设计方法,以车辆多工况碰撞中最大的加速度为考核指标,对矩型截面吸能盒的截面参数进行了优化设计,确定了矩型截面吸能盒的最优参数组合。最后,对正交试验优化前后的防撞垫进行多工况有限元仿真分析,并且将正碰工况下优化后防撞垫与现存防撞垫加速度对比,结果表明通过优化后获得的吸能盒较优化前缓冲性能更优,能更好的保护乘员安全。     

校车底盘车架结构静动态特性拓扑优化设计研究

针对一款城市专用校车底盘车架结构一阶固有频率偏低的问题,研究了其拓扑结构与静动态特性之间的关系,提出了基于静动态特性的校车底盘车架结构多目标拓扑优化设计方法,即以多工况下的底盘车架结构静态刚度和一阶固有频率最大为目标函数,以拓扑区域体积比为约束函数,建立其结构拓扑优化模型,利用Hyper Works的Optistruct软件对底盘车架结构进行多目标拓扑优化设计,结果表明,优化设计的底盘车架结构在静态刚度保持不变的前提下,其动态一阶固有频率提高了34.6%,较好地解决了校车底盘车架动态特性较差的问题。     

纯电动汽车尾部耐撞性优化设计

针对纯电动汽车尾部耐撞性要求,采用结构拓扑优化和正交试验设计相结合的方法,以国内某款纯电动汽车为实例,通过建立车尾拓扑优化模型,有限元模型,尺寸优化模型,在满足碰撞安全性法规前提下,以实现最优整车加速度和汽车尾部吸能区吸能量为两个优化目标,对纯电动汽车尾部进行优化设计,最终得出合理的优化构型,实现对电动汽车尾部耐撞性的优化设计。     

基于耐撞性拓扑优化的防撞垫吸能盒稳健性设计

为了提高防撞垫吸能盒的耐撞性,首先,依法规建立正碰,斜碰,偏碰和正侧碰四种工况的车辆-防撞垫有限元模型,运用元胞自动机的耐撞性拓扑优化方法,分别在横向和纵向拉伸约束下对吸能盒进行拓扑优化,优化结果表明:纵向拉伸约束下得到的梁式拓扑构型不同于横向拉伸约束得到的桶式拓扑构型,其中纵向拉伸约束下的梁式拓扑构型耐撞性更优;其次,考虑设计变量不确定因素对耐撞性目标响应的影响,结合田口方法和满意度函数对新型梁式吸能盒进行多目标稳健性优化设计。结果表明,优化后的吸能盒的加速度为106. 6 m/s~2,小于200 m/s~2,安全性能良好;比吸能为2. 54 kJ/kg,较优化前提高32. 8%;总满意度提高30. 4%,稳健性显著增强。     

基于有限元的汽车前纵梁碰撞分析及优化

通过Catia建模软件创建汽车前纵梁简化模型,运用ANSYS Workbench有限元仿真软件分析前纵梁的吸能特性指标,得出耐撞性能并评价。进一步对前纵梁横截面结构类型进行设计,得出更加合理且可行性更高的前纵梁内部结构,再对前纵梁横截面结构设计方案进行有限元模拟分析,通过数据对比,得出最优化的前纵梁内部形式,以提高其防撞性能。     

连续变截面板(TRB板)在汽车前纵梁中的应用及优化分析

汽车前纵梁结构设计不仅要满足整车布置和承载要求,还需满足耐撞性要求。为实现耐撞性和轻量化双重目标,在前纵梁结构中引入连续变截面板(TRB板),充分利用其材料特性,满足前纵梁结构的吸能与变形模式。分别对TRB板材和等厚板材结构件进行台车碰撞试验及有限元仿真分析;建立加速度和质量的多项式响应面模型,以最小加速度峰值为优化目标,对TRB板的薄壁梁尺寸参数进行优化设计。结果表明,相对于等厚板,TRB板材的薄壁梁结构变形量较小、加速度峰值较小,具有更好的耐撞性;优化后的薄壁梁质量减轻5.21%且加速度峰值减少1.63%,且响应面近似模型具有较好的预测精度。     

MM52160龙门导轨磨床立柱的拓扑优化

对MM52160龙门导轨磨床的立柱部分进行结构拓扑优化.建立立柱三维模型,对其进行静力学分析和模态分析.在原有模型不改变质量的情况下进行简化模型,结果表明：简化模型比原模型的最大静态位移减小了2.42 μm,第一阶固有频率提高了2.85％.对篱化模型进行拓扑优化,查看材料分布.对优化后的结构进行动静态刚度分析,分析结果表明：优化后的结构对比原模型后最大静态位移减小了0.81 μm,第一阶固有频率提高了3.72％,质量减少了15％.通过结构拓扑优化,优化后的结构动静态刚度提高了,质量减少了.     

基于连续响应表面法的汽车结构耐撞性仿真优化

汽车结构的耐撞性及碰撞吸能优化是现代汽车工业重要的研究内容.耐撞性的优化涉及到材料与结构的众多参数,传统的设计、仿真及碰撞试验往往只能在一定程度上改善结构的碰撞性能,而无法达到限定条件下的最优状态.为解决汽车碰撞的优化问题,文中采用连续响应表面方法,通过变量筛选技术和一阶线性响应表面模型,并结合非线性有限元程序进行全局寻优.汽车前端结构的耐撞性优化表明,该方法具有较高的精度和稳定性.     

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%。     

基于ANSYS的注塑机前模板拓扑优化

针对注塑机肘杆式合模机构中模板要满足降低重量,提高强度、刚度及疲劳寿命的设计要求,应用ANSYS及FE-SAFE软件对某型号注塑机前模板进行了拓扑优化,从两个方向入手,即:对现行的结构再进行拓扑优化;回到原始的结构,并对其进行拓扑优化,寻求最合理的设计形式。对优化后的模板进行了应力、变形分析及疲劳分析,并对比了模板优化前后的应力、变形及疲劳情况。研究结果表明,优化后的模板模型质量更小,且最大应力更小、变形更小,具有更好的疲劳性能;通过应用ANSYS及FE-SAFE软件优化,注塑机前模板的强度、刚度、疲劳寿命及可靠度均得到了相应的提高,同时模型的质量减少,能够更加充分和合理地使用材料。     

机车车辆端部结构拓扑-参数一体化优化方法

拓扑优化方法广泛用于获取结构的优化构型,而参数优化方法用于具体结构参数的取优,为了整合这两种方法的优势并提供一体化优化方案,以机车车辆端部结构被动安全性为研究对象,提出一套可以同时考虑静态和动态载荷作用,适用于大尺寸结构的拓扑-参数优化方法。该方法的拓扑优化部分采用缩放能量权重的混合元胞自动机方法对端部结构进行综合耐撞性和刚度评估的拓扑优化设计,有效解决拓扑优化多工况中由于能量差异而导致的结果偏差;参数优化部分结合网格变形技术和自适应模拟退火优化算法对结构进行给定接触力约束条件下的参数优化。具体算例结果表明,利用该方法优化后机车车辆在正面碰撞中的关键接触力峰值下降26.2%～46.3%,变形模式更趋于合理;在侧翻碰撞中乘客生存区间的上下部安全距离分别增加24.8%和12.8%。     

侧面柱碰撞条件下轿车车门抗撞性优化设计

为提高车门的抗柱撞性能,将基于SIMP理论的拓扑优化方法引入车门防撞梁设计,得到最佳的防撞梁材料分布;选择合适的截面构造防撞梁,得到一种Y形防撞梁结构;结合响应面法和NSGA-Ⅱ多目标优化算法对防撞梁进行多目标优化。相比于初始设计,优化后防撞梁在保证车门刚度满足法规要求的前提下,刚性柱的撞击侵入量减少22.5%,车门抗柱撞性能明显提高。     

基于正面碰撞仿真的轿车关重零件分析及改进

建立了某轿车整车及乘员和约束系统的有限元模型,进行100%正面碰撞的数值仿真,通过仿真与试验的加速度曲线对比,验证了有限元模型的有效性.针对车体耐撞性能的不足,通过正交试验构造零件厚度对车体吸能的线性响应面,得到对能量吸收影响显著的关重零件.对关重零件中的前纵梁和前悬挂推力杆采取局部加强和改变形状的改进措施,使传力路线连续.通过整车数值仿真对比,改进方案使关重零件吸能增加,假人头部伤害值降低,说明其车体耐撞性能得到了改善.     

基于非线性拓扑优化的汽车变厚度保险杠耐撞性设计

结合非线性拓扑优化方法和连续变厚度轧制技术对汽车保险杠横梁进行了耐撞性设计。推导了基于板壳厚度插值的非线性吸能灵敏度公式,并把灵敏度约束在轴向与周向上。应用该方法对三点弯工况下的保险杠进行优化设计,最终确定了保险杠的厚度分布。优化结果表明,等质量情况下,对比均匀厚度的保险杠,具有连续变厚度（TRB）结构的保险杠吸收能量值平均提升了近30%。     

基于耐撞性拓扑优化的汽车关键安全件设计

将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中,阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法,并给出其迭代求解的数学模型。结合该方法,对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧面碰撞的并行拓扑优化,根据优化结果的材料分布情况进行了工程诠释。在整车碰撞有限元模型中对工程诠释结果进行了验证,结果表明：耐撞性拓扑优化方法行之有效,且拓扑优化结果使得车辆的碰撞性能有一定的提高。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。