基于Hyperworks大型卷板机上梁轻量化设计

以某大型卷板机上梁为研究对象,建立基于Hyperworks的上梁有限元模型。首先,通过拓扑优化,根据密度云图所示的材料分布,在上梁原有筋板结构基础上改进筋板布局;再运用有限元分析方法,对上梁关键尺寸进行性能指标的灵敏度分析;利用最小二乘法,得到上梁各关键尺寸变化时质量对结构刚度和强度变化影响的灵敏度;最后,利用Optistruct优化模块,建立以灵敏尺寸作为优化参数,满足结构强度、刚度和板厚度尺寸为约束,整体质量最小为目标的尺寸优化,得到最佳的尺寸配置。优化后的结构质量下降4.431吨,取得很好的优化效果。     

基于联合优化技术的单臂行星架轻量化设计

针对单臂行星架质量大的问题,在保证行星架刚度不降低的前提下,先利用结构拓扑优化对行星架臂板材料分布进行优化,分析保留材料的体积分数对行星架刚度的影响;以行星架体积为优化目标,运用尺寸优化对行星架臂板进行优化,得到满足刚度要求的最小体积行星架.通过联合优化,确定最佳行星架结构,对优化前后行星架质量进行比较,结果表明,在满...     

基于拓扑与尺寸优化的某型飞机起落架扭力臂轻量化设计

为提高某型飞机的性能,实现起落架轻量化的设计目的,对起落架扭力臂强度进行分析和结构优化,利用SolidWorks软件完成扭力臂组件的三维建模,基于ANSYS Workbench对扭力臂进行应力应变分析,采用拓扑优化方法获得新的材料分布,通过Matlab对重构模型的7个显著参数进行响应面建模,并用遗传算法获得其最优的结构...     

基于HyperWorks的机场某拖车车架结构的轻量化研究

通过UG NX软件对拖车车架结构进行建模,使用HyperMesh进行仿真前处理,并运用HyperWorks中的OptiStruct求解器对原始车架结构进行拓扑、形貌和尺寸优化及可伸缩结构设计,将最终设计的车架结构在不同工况下进行计算和结果分析,并与原始结构进行对比和校核,从而设计出满足要求的机场可伸缩拖车轻量化车架结构。     

方程式赛车车架的轻量化设计

以大学生方程式赛车为实例,研究在满足整车振动频率、强度、刚度等约束的前提下,运用有限元分析软件对车架进行拓扑设计和尺寸优化.根据赛事规则,初步建立车架主体结构,运用ANSYS对车架结构进行拓扑设计,得到合理结构;以车架扭转刚度、车架结构性能等为评价标准,以管件尺寸为设计变量,对车架结构进行尺寸优化;通过试验验证,8字绕...     

基于拓扑优化的工业机器人大臂的轻量化设计与分析

为实现工业机器人轻量化、提高负载自重比和减少能耗的目标,以某20kg负载搬运工业机器人大臂结构为研究对象,对其进行了结构优化设计分析.通过构建动力学模型获得工业机器人大臂在极端工况下的关节载荷,对其进行静动态特性分析,找出可改进的薄弱部位,并对其进行拓扑优化和模型重构.结果 表明,在质量减轻8.67％的同时,变形、应力...     

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。     

基于拓扑优化的某全金属Vivaldi 天线轻量化设计

近年来,天线的轻量化设计受到普遍关注。随着优化理论和仿真技术的快速发展,基于拓扑优化的天线轻量化设计已成为重要的研究方向。文中以某全金属Vivaldi 天线为研究对象,运用拓扑优化基本理论,结合有限元仿真手段,对其天线单元进行了轻量化设计。仿真结果表明：通过轻量化设计,该天线在满足动态特性和辐射特性的前提下,其阵列的总质量下降了近15%,达到了预定要求,说明这是一种行之有效的轻量化设计方法.     

基于拓扑优化和晶格填充的四足机器人肢腿单元轻量化设计

液压四足机器人具有离散的落足点和较大的负重能力等特点,在无人监测、灾难救援和物资运输等场景中具有广阔的应用前景和重要的研究价值。作为四足机器人最关键的运动单元,肢腿单元的重量直接影响其动态性能。因此,根据肢腿单元的运动特点开展轻量化设计显得尤为重要。针对SpurlosⅡ肢腿单元的大腿结构存在较多冗余重量的问题,利用变密度惩罚法对其进行拓扑优化,通过基于B样条拟合二维切片轮廓的方法对优化后的网格型模型进行重构。针对模型重构带来的局部应力集中问题,引入晶格填充结构,实现局部优化。优化后,大腿部件的重量为1 007.19 g,降低了36.01%;大幅度减重的同时,大腿部件的最大等效应力降低了1.41%。最后,优化后的肢腿单元在不同频率下的轨迹跟踪试验中表现出的更好的动态特性,证明所提出方法的有效性。     

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。     

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。     

某重型汽车变速箱箱体轻量化设计

本文以国内某重型汽车变速箱箱体为分析对象,应用HyperMesh对其进行四面体网格划分,之后对其进行自由模态和两种工况下的仿真分析,然后应用OptiStruct对其指定空间进行拓扑优化,以达到在一定约束条件下减少重量的目的。拓扑优化后重新对模型进行仿真分析并找出其应力集中和变形较大的区域,之后利用HyperMorph对其相应区域进行自由形状优化以消除应力集中和较大变形,最终使该变速箱箱体在结构、强度、刚度达到最优化,为汽车变速箱箱体轻量化设计探索有效的方法和途径,具有一定的工程实际意义。     

地铁车钩维护工作台轻量化设计

针对传统设计方法下地铁车钩维护工作台尺寸与重量偏大,使得材料成本增大的问题,采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,通过构建拓扑优化模型和尺寸优化模型,进行了从车钩维护工作台拓扑结构到各尺寸参数的优化过程,实现了车钩维护工作台的轻量化设计。在轻量化设计过程中,通过结构的拓扑优化设计得到了材料在设计空间内的最佳分布,在此基础上提取车钩维护工作台拓扑结构,并通过相对灵敏度分析,筛选出对车钩维护工作台质量降低敏感但对性能降低不敏感的设计变量,最后以筛选出的6个变量作为设计变量进行尺寸优化设计。结果表明:优化后的车钩维护工作台强度有所提高,刚度满足设计要求,并且实现减重49.28kg,减重率为30.73%,轻量化效果显著。     

有限元和拓扑联合优化方法及其在机器人结构轻量化设计中的应用

针对协作机器人轻量化和动态特性的问题,本文提出了一种联合整体有限元分析和局部拓扑优化的机器人轻量化方法,并将其应用于设计一款六自由度协作机器人。该方法通过对整体进行有限元分析得到要优化部件的载荷及边界条件,从而基于上述条件对该部件进行拓扑优化,得到优化结构。优化结果表明优化后结构相对于初始结构整体减重4.83 kg,仿真结果为末端位移减小至2.57 mm,实测为2.88 mm,均达到目标要求,同时将整机六阶固有频率提高11.30%左右,高于当前文献所采用的拓扑优化所提高的1.69%。最后面向交叉韧带定位实验证明了该方法的有效性。     

一种基于OptiStruct-Abaqus的航空齿轮腹板轻量化设计方法

基于结构优化软件OptiStruct和商用有限元分析软件Abaqus,结合拓扑优化、尺寸优化和有限元接触分析等相关理论,针对航空齿轮轻量化设计问题,创新性地提出了一种齿轮腹板结构轻量化设计方法。以某型航空发动机附件传动齿轮为研究对象,基于OptiStruct软件对腹板结构进行拓扑优化与尺寸优化减重设计,利用Abaqus软件对齿轮进行接触性能计算,给出腹板结构轻量化设计的流程和关键技术。结果表明,在保证强度和传动误差要求条件下,齿轮整体质量减轻了39. 6%,减重效果明显,实现了齿轮轻量化设计目的。     

某桥式起重机主梁结构轻量化设计

研究了某桥式起重机主梁的轻量化设计,首先介绍了有限元分析过程,其次对该桥式起重机进行了结构优化设计,最后针对目前较先进的控制方式和小车的轻量化减轻了主梁载荷的情况,对新载荷下的桥式起重机进行了结构优化设计.根据有限元计算结果,通过结构优化使该起重机主梁的自重减少了8.5％,在新载荷下结构优化使其减少了10.6％,表明小车自重以及控制方式的改进对主梁的轻量化设计有很大的影响.     

某桥式起重机主梁结构轻量化设计

研究了某桥式起重机主梁的轻量化设计,首先介绍了有限元分析过程,其次对该桥式起重机进行了结构优化设计,最后针对目前较先进的控制方式和小车的轻量化减轻了主梁载荷的情况,对新载荷下的桥式起重机进行了结构优化设计。根据有限元计算结果,通过结构优化使该起重机主梁的自重减少了8．5％,在新载荷下结构优化使其减少了10．6％,表明小车自重以及控制方式的改进对主梁的轻量化设计有很大的影响。     

发动机罩的结构轻量化设计

应用拓扑和形貌联合优化,以及基于DOE灵敏度分析的尺寸优化对发动机罩进行轻量化设计。分析了原发动机罩主要承载状态的刚度和一阶约束模态。两种优化设计方法均以体积最小为目标,弯曲刚度、扭转刚度、侧向刚度和一阶约束模态频率为约束条件。根据优化设计结果,给出了两种轻量化方案。对比优化前后的结构性能,从刚度和一阶约束模态频率角度验证轻量化方案的可行性。CAE分析结果表明,两种方法均可以达到降低发动机罩质量且满足结构性能要求的目的,而且,对此发动机罩尺寸优化的轻量化效果更好。