基于Hypermesh门式起重机优化主梁可行性仿真分析

针对某门式起重机主梁进行拓扑优化设计,得到主梁腹板材料分布的整体方案,并根据新方案详细设计了门式起重机主梁结构。然后对优化后的主梁结构进行了虚拟试验,分析表明基于拓扑优化设计的门式起重机主梁满足刚度和强度的设计要求。采用虚拟试验的研究方法,验证了优化设计方案的可行性,为门式起重机主梁的结构设计提供了一个高效的验证途径。     

基于灵敏度附加目标函数的起重机主梁稳健优化设计

针对存在于起重机金属结构设计中的不确定性因素,提出了一种基于灵敏度分析的起重机金属结构稳健优化设计方法,建立了基于灵敏度附加目标函数及灰色关联度理论的起重机金属结构多目标稳健优化设计模型。以某桥式起重机主梁为研究对象,在对其各性能进行灵敏度分析的基础上,结合Matlab优化工具箱,应用该模型进行起重机主梁的稳健优化设计,结果显示:当考虑结构的非确定性因素时,所构建的稳健优化设计模型和灰色关联度的多目标优化解法可以在保证起重机主梁稳健及安全的前提下实现结构的轻量化设计,为其它复杂结构的稳健优化提供一定的技术指导。     

桥式起重机箱型主梁模糊可靠性优化

随机性是现实世界中不可回避的非确定性,为使桥式起重机主梁的设计更符合实际,充分考虑到设计中所存在的模糊随机,结合模糊可靠性与优化设计,以主梁的截面几何参数为设计变量,以主梁重量最轻为目标函数,以强度、刚度和几何限制为模糊约束条件,建立桥机主梁模糊可靠性优化数学模型。在优化过程中,建立对应的隶属函数,用最优水平截集将模糊问题清晰化,并通过编写MATLAB程序获得优化结果。新设计方法可以在可靠度不降低的情况下获得比常规可靠性优化设计减少1.81%,比传统设计方法减少7.27%的主梁结构。     

内燃机活塞点阵结构可靠性拓扑优化设计

针对内燃机活塞轻量化设计问题,提出一种基于可靠性拓扑优化的活塞点阵结构设计方法,分解为可靠性分析和确定性拓扑优化两部分分别进行求解。考虑以最小化质量为目标函数、最大应力为约束条件,建立活塞点阵结构可靠性拓扑优化数学模型。根据一次二阶矩方法将失效概率约束转变为可靠性指标约束,进而将随机变量转化为标准正态变量,根据随机变量相对于性能指标的敏度信息,进行随机变量修正并进行确定性拓扑优化设计。最后,以某型发动机活塞为例,进行确定性点阵设计与可靠性点阵设计对比研究。结果表明,相较于确定性设计,可靠性活塞点阵模型在考虑随机变量的影响下,性能更加可靠;且其质量相较于原活塞模型降低11.8%,满足活塞轻量化的设计需求。     

桥式起重机主梁的拓扑优化设计

桥式起重机主梁的轻量化设计是解决桥式起重机重量大、材料浪费问题的关键,以桥式起重机主梁作为结构优化的对象,以达到桥式起重机最佳结构质量且保证其刚度性能为目标进行结构的拓扑优化设计,得到桥式起重机主梁的三维拓扑配置,并对其进行有限元应力的验证和分析。通过对比桥式起重机主梁重构前、后的应力分析结果,发现在满足其强度和刚度的条件下,重构后的主梁质量降低了26.54%。     

基于拓扑优化与6σ稳健性的检修工装支撑座轻量化设计

为了充分发挥踏面制动单元(TBU)检修工装支撑座的轻量化潜力和提高优化设计的可靠性与稳健性,提出将拓扑优化与6σ稳健性优化相结合的优化策略。通过基于变密度法的拓扑优化设计,提取支撑座的拓扑结构。基于中心组合试验设计方法和有限元数值模拟技术建立系统的响应面模型。基于该模型建立支撑座的6σ稳健性优化设计模型,并采用序列二次规划法进行优化求解,利用均值一次二阶矩法获得优化结果的可靠度并转化为相应的σ水平。结果表明,优化后的支撑座各设计变量、强度和刚度的可靠度均为1,均达到了8σ水平,减重率达67. 0%,轻量化效果显著;且与拓扑优化后对其进行传统的确定性轻量化设计相比,该方法不仅使支撑座的强度和刚度得到了增强,而且还提高了优化设计的可靠性、强度与刚度的稳健性和重量的一致性。证明了该方法的有效性。     

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.     

基于IPTO算法的连续体结构可靠性拓扑优化

研究结构几何尺寸、结构材料体积及作用载荷不确定条件下的连续体结构可靠性拓扑优化问题,提出基于改进比例拓扑优化(Improved Proportional Topology Optimization,IPTO)算法的可靠性拓扑优化方法.基于概率方法描述变量的不确定性,建立综合考虑材料体积约束和可靠性约束且使柔度最小的连续体结构可靠性拓扑优化数学模型;为提高计算效率,使用基于解耦思想的混合法将可靠性拓扑优化问题解耦成可靠性分析和当量确定性拓扑优化两个独立子问题.在可靠性分析阶段,遵循一阶可靠度法中可靠性指标的几何意义,获取满足可靠性约束且服从正态分布的随机变量,并通过逆变换对其进行修正;在当量确定性拓扑优化阶段,以修正后的随机变量作为设计参数,使用具有无需获取灵敏度信息功能的IPTO算法对结构执行拓扑优化设计.最后使用MBB梁和悬臂梁两个算例证实了所提方法的有效性.     

基于水平集方法的结构可靠性拓扑优化

基于水平集方法,建立以水平集函数为优化变量、结构柔度极小化为目标、具有可靠性约束的结构拓扑优化模型,并提出一种基于可靠性的结构拓扑优化算法。首先,采用计算效率高的一次二阶矩法进行可靠性分析,编制计算可靠性指标的最优化方法。然后,根据结构可靠性指标的几何意义,优化求解符合可靠性约束的随机变量。将修正后的随机变量作为确定性变量进行结构拓扑优化设计,使基于可靠性的结构拓扑优化模型转为常规的结构拓扑优化模型,采用稳定、高效的水平集方法进行结构拓扑优化。最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例,说明文中所提算法的简便性与有效性。     

隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

桥式起重机主梁稳健优化设计

在桥式起重机主梁截面几何参数的优化过程中,由于各设计变量存在不确定性干扰,传统优化设计常忽略这些不确定性因素对于产品性能及质量的影响,往往导致优化方案违反约束条件。文中通过有限元软件Ansys与多学科优化软件Isight进行集成,将响应面模型、蒙特卡洛模拟法和6σ质量设计相结合,以桥架的结构强度及静刚度为约束条件,对桥式起重机主梁进行稳健优化设计。结果表明,该方法不仅能使桥架结构自重降低12.5%,并降低了优化结果对优化参数波动的敏感性,大幅提高了各参数的可靠性和稳健性,为桥式起重机的设计及优化提供理论指导,具有较高的工程实际应用价值。     

桥式起重机箱型主梁周期性拓扑优化设计

桥式起重机主梁长度方向尺寸远大于高度和宽度方向,常规的拓扑优化方法无法获得清晰的、周期性的拓扑形式或求解困难。为了实现桥式起重机主梁的拓扑优化,得到具有周期性的、易于加工的结构拓扑形式。把主梁优化域划分成若干个子域,构建子域与优化域之间的关系。建立以优化域内单元相对密度为设计变量、以体积约束下最小柔度为目标函数的主梁周期性拓扑优化数学模型。在主梁强度和静态刚度准则下开展主梁周期性拓扑优化应用研究。结果表明,在优化过程中,各子域内同时出现孔洞,且具有周期性。直到周期性拓扑优化结束,获得具有类似“桁架式”结构的拓扑形式。子域数目取值不同时,均可获得周期性的拓扑形式,且具有良好的一致性和工艺性。为桥式起重机结构轻量化研究提出一种可行的方法。     

基于拓扑优化的桥式起重机新型主梁设计

应用基于单元应力的渐进结构优化方法对某型号桥式起重机主梁截面进行拓扑优化,得到了矩形截面的桥式起重机主梁结构形式,随后采用变密度法(SIMP)对该主梁形式下的主、副腹板进行拓扑优化,根据拓扑优化结果,新型主梁主腹板仍然采用实腹结构,而副腹板则以桁架结构形式代替原有实腹结构形式,有限元计算结果证明,该结构形式在保证主梁结构强度、刚度条件下,可以大幅度减轻主梁重量。该新型主梁的设计方案为桥式起重机主梁轻量化设计提供了一种新思路。     

基于时变可靠性的桥式起重机主梁参数化设计

为提高我国起重机产品的安全可靠性水平,根据桥式起重机的工作特点,针对静态可靠性方法在评估结构可靠度时没有考虑金属结构抗力和载荷效应随时间变化的情况,采用时变可靠性分析理论,结合 Visual C＋＋6.0开发环境中的 MFC,集成 ANSYS 二次开发语言 APDL,研发了桥式起重机主梁参数化建模设计软件,为桥式起重机主梁结构时变可靠性分析提供了一种可行的方法。经验证,时变模型能更好地反映结构的实际可靠度,同时也证明了时变模型的合理性。     

非正态分布的连续体结构可靠性拓扑优化设计

由于具有不确定性参数的连续体结构普遍存在,因此研究不确定性参数连续体结构的可靠性拓扑优化问题具有十分重要的意义。在基本随机变量前四阶矩已知的情况下,利用四阶矩技术以及有限元方法求解连续体结构的可靠度,对隐式的可靠度约束进行显式化处理。将连续体的拓扑优化设计视为一种对单元的模式识别,将模式识别领域的K邻近方法引入到连续体结构拓扑优化设计领域,以结构的单元应力作为识别的变量,利用应力的欧拉距离作为判别的标准,对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过数值算例与确定性设计结果进行对比,结果表明,考虑了可靠度影响的拓扑优化结果要优于确定性参数的优化结果,同时表明该计算方法是可行的。     

岸桥门框连接斜撑布置研究与优化

针对某型号岸边集装箱桥式起重机门框斜撑进行优化设计。首先应用结构拓扑优化技术,建立斜撑拓扑优化设计的模型;通过拓扑优化设计,得到三种斜撑的布置方案。然后基于斜撑的抗风振要求对斜撑进行尺寸优化,得到满足设计条件的质量最轻的优化结果。通过对优化后的斜撑结构在岸桥整机上的刚度和强度校核,验证了提出方法的有效性。     

起重机桥架参数化设计系统开发

针对起重机设计中桥架自重过大、耗材多等问题,提出一种参数化设计方法。分析设计了起重机桥架参数化设计系统的4个模块,制定了系统设计流程。基于Matlab优化工具箱分别对桥架中主梁、端梁进行优化设计,并借助于接口技术,实现Excel、Matlab和CAD软件之间的数据交换,将优化设计后的主梁、端梁用Inventor软件的二维和三维图形表示出来,较好地解决了起重机桥架参数化设计问题。     

基于基础结构法的柔顺机构可靠性拓扑优化

为了减少因制造和使用过程中的不确定性因素而导致的机构性能下降现象,提出一种新的基于基础结构法的柔顺机构可靠性拓扑优化方法。框架单元能够包含弯曲模式,因此采用它的集合来表示设计域。将作用载荷和结构几何尺寸视为随机变量,把机构的失效模式视为应变能和互应变能的串联系统。采用一次可靠度方法计算串联系统的失效概率。建立柔顺机构可靠性拓扑优化设计对偶数学模型,采用对偶算法对优化问题进行迭代求解。数值算例结果表明,提出的方法是正确和有效的;基于可靠性拓扑优化所得机构比确定性拓扑优化所得机构具有更好的性能。     

起重机铸造箱型主梁拓扑优化

为了减轻起重机金属结构的质量、降低成本,针对连续性材料,将整体的边界条件转化为微结构单胞的边界条件,建立微结构单胞的有限元模型,采用变密度方法和优化准则法结合来求解拓扑优化问题,同时得出1种新型的主梁腹板结构,这种结构为几何不变结构,与桁架式腹板结构比较,制造工艺简单,切合工程实际。将这种拓扑优化方法和新型腹板结构应用于铸造起重机中并通过分析得出,该新型主梁腹板结构能满足铸造起重机主梁结构的强度、静刚度和疲劳强度,并且大大减轻了主梁自重,节省了制造成本。     

基于可靠性的连续体结构拓扑优化设计

建立水平集函数为设计变量、刚度极小化为目标、具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,并提出相应的优化算法.文中提出的基于可靠性的结构拓扑优化算法方法分为两个步骤,结构可靠性分析和结构拓扑优化.可靠性分析采用计算简便、效率高的一次二阶矩法,结构拓扑优化设计则应用稳定高效、最优结构清晰的水平集方法.最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例,表明文中提出的方法既简单又有效.