某客车车架结构多目标拓扑优化设计

整车轻量化的设计需求目前在所有汽车行业的车型开发中占有非常重要的地位,且此需求贯穿了每个项目开发设计的整个过程。车架是整车轻量化设计的重要研究对象。基于整车轻量化设计需求,采用基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,以某中型客车车架的柔度最小化为目标函数,以体积比和一阶模态频率作为约束条件,对弯扭联合工况下的车架进行结构拓扑优化设计。经计算获得满足约束条件并使车架柔度最小的车架拓扑形态,为该型客车车架提供了结构的概念化设计方法。     

矿用自卸车车架结构多目标拓扑优化研究

为给矿用自卸车车架结构设计和优化提供参考,针对国产首台300t矿用自卸车工作环境极其复杂、行驶路况极为恶劣以及载重量大而导致车架结构容易破坏失效的情况,采用SIMP变密度法对其进行拓扑优化研究,以多工况下的刚度和一阶振动频率为目标,并利用折衷规划法定义的多刚度和高频率的多目标拓扑优化函数进行优化。依据优化结果设计了新的车架,并比较了经验设计下的车架和新车架的刚度和频率。研究结果表明：采用多目标拓扑优化方法指导设计的车架刚度和频率都有显著提高,改善了车架的使用性能,能使车架更好地在恶劣环境中使用。     

激光通信主镜结构多目标拓扑优化设计

为提高激光通信主镜的质量,针对激光通信终端主镜进行优化设计。基于多目标拓扑优化和折衷规划法的理论,建立了一种考虑多工况结构刚度和质量最小化的多目标优化数学模型。利用Optistruct求解器对主镜进行优化设计,得到主镜新模型。对主镜结构进行详细设计和有限元分析,分析在主镜光轴水平和竖直工况时的镜面变形。结果表明主镜轻量化率为55.3%,与优化前相比主镜光轴竖直时主镜面形精度有较大提高,满足激光通信中对主镜性能指标的要求。与不同轻量化主镜结构进行对比,该方法得到的结构面形精度更高,验证了该方法的可行性。     

基于多目标拓扑优化技术的齿轮结构优化设计

为加强齿轮刚度和对外界激励的抑制能力,减少齿轮制造的材料使用率,引入多目标拓扑优化理论并运用OptiStruct对齿轮最佳结构进行设计。首先,依据齿轮的实际工作状况,基于HyperMesh分别以刚度和一阶固有频率为优化目标,以优化前后体积比为约束条件构建齿轮的SIMP优化模型并运用OptiStruct进行求解。然后,采用折衷规划法定义多目标函数,基于层次分析法计算决策矩阵并确定多目标函数的权重因子。最后,运用OptiStruct求解出齿轮结构的最佳材料分布。优化结果表明,优化后的齿轮不仅提高了力学性能和抑制振动能力,还降低了齿轮材料的使用率,实现齿轮结构的轻量化设计。     

连续体结构的静动态多目标拓扑优化方法研究

为实现以静态多工况下刚度和动态特征值为目标函数的拓扑优化结构设计,提出一种连续体结构的静动态多目标拓扑优化模型.以平均柔度最小化和平均特征值最大化为目标,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,根据决定函数大小来选择最优的妥协解,并且对目标函数进行归一化,消除不同性质目标函数在数量级上的差异.拓扑优化采用同体各向同性材料插值方法,将移动近似算法用于多目标拓扑优化问题的求解,并且用过滤求解技术避免拓扑优化中数值不稳定性现象.数值算例结果表明,文中提出的方法在连续体的静动态多目标拓扑优化设计中是正确的和有效的.     

传热结构摄动敏度分析及动态拓扑优化

针对传热强化拓扑优化过程中新形成的孔洞边界对拓扑优化影响的问题,研究了考虑孔洞影响的拓扑导数分析技术,并提出了优化过程中对新形成孔洞边界进行处理的自适应动态边界处理方法。应用Lebesgue微分理论,基于域摄动敏度分析和局部极限定律,推导了Poisson方程控制系统在三类边界条件下不同目标函数的拓扑导数计算公式;最后通过数值分析实例验证了采用该方法直接设计高效换热器的可行性和有效性。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

结构多目标拓扑优化设计

为了研究结构多目标拓扑优化设计方法,引入了数学规划法的相关理论,分别采用最短距离法、平方加权法、规范目标法、线性加权法和折衷规划法建立了五种不同的目标函数,将多目标拓扑优化问题转化为单目标拓扑优化问题。通过在一个优化实例中验证这五种方法,结果表明五种方法均能解决多目标拓扑优化问题,其中线性加权法在提高结构刚度方面贡献比较大,而折衷规划法更能提高结构的固有频率。     

客车铝合金车身连接件多目标优化

铝合金客车车身多采用机械连接的方式,连接件的设计质量直接关系到铝合金客车的刚度、强度、模态及轻量化等方面的综合性能。文中面向铝合金公交车车身结构提出一种连接件的多目标优化设计方法,采用折衷规划法将单目标优化转化为多目标优化,根据优化结果获得兼顾刚度和振动频率要求的公交车连接件拓扑结构,并开展整车强度及刚度分析。结果表明：优化后的连接件质量减少35.79%;整车一阶固有频率提升12.1%;骨架弯曲刚度和扭转刚度分别提升了14.98%和31.32%;4种工况下公交车整体应力值均未超过其材料的许用应力。     

摩天轮结构有限元分析与优化设计

利用ANSYS软件对直径105 m、高120 m摩天轮进行了空载重力工况、偏载重力工况、满载重力工况、普通风载荷工况、冰雪载荷工况、50年一遇风载荷工况和地震载荷工况7种主要工况下的结构有限元分析。取构件的19个主要构件截面尺寸作为设计变量,以摩天轮结构总重量为目标函数,以材料许用应力为约束条件,用导重法对摩天轮结构进行了优化设计。优化设计后,摩天轮不含轿厢的结构重量从689.41吨下降到383.48吨,降重44.4%,各工况下安全系数均达到设计要求,实现了摩天轮结构的轻量化设计,验证了导重法应用于结构优化设计的优越性。     

弹簧式无级变速链轮的设计

针对变速自行车需要手动换挡,而且手动换挡后存在传动比不匹配当前阻力状况的问题,提出一种利用弹簧力的连续性实现无级变速的机械式自行车无级变速装置的方案,并通过使弹簧力方向与阻力方向之间存在一个变化的夹角的方法,使主动链轮分度圆直径变化量与弹簧压缩量之间呈现非线性关系,扩大可无级变速的有效阻力范围。通过计算得出了主动链轮分度圆直径变化量与弹簧压缩量之间的函数关系式。最后,对方案进行仿真分析,获得应力云图,验证了本方案的可行性。     

重型板式给料机驱动链轮结构参数优化设计

大型破碎站是现代采矿业发展的标志性装备,目前该设备的研制对国外制造商依赖性较强,为打破国外垄断、实现国产化,有必要对其设计制造中的关键技术进行研究。重型板式给料机作为破碎站的关键部件,运行过程中承受剧烈振动与复杂冲击载荷,其中驱动链轮是给料机的主要传动部件,其结构性能是稳定、高效输送物料的关键。根据某型号重型板式给料机实际工作过程中驱动链轮的受载特点,建立了驱动链轮的三维参数化驱动模型。在此基础上,以驱动链轮的分度圆直径、滚子外径、齿宽为设计变量,将质量和应力作为优化目标,采用多目标遗传算法对链轮进行结构优化设计。优化结果表明:相较于原始方案,优化方案在实现轻量化目标的同时应力分布情况较好,优化后链轮质量减小19.1%,最大应力减小7.2%,重型板式给料机整机综合性能提升明显。     

Structure Optimization of Wheel Force Transducer Based on Natural Frequency and Comprehensive Sensitivity

The current research of wheel force transducer (WFT) mainly focuses on test signal processing and decoupling methods based on signal itself, while the WFT structure optimization research related to decreasing the mass and increase the natural frequency and comprehensive sensitivity is not enough. In order to improve the WFT test accuracy, a structure optimization method based on natural frequency and comprehensive sensitivity indicators is put forward. The WFT with 8-beam elastic body is used for the finite element modeling (FEM), in which the following variations are taken into consideration: the connection type of elastic body with modified rim, the number of connection holes, and the respects of strain beam including the shape, the cross sectional area and the length, etc.. The test results shows that the natural frequency of the connecting block type is increased by 65.5% compared with the connecting seat type of elastic body & modified rim, and the main channel sensitivity is improved as well. The results show that the connecting block type will achieve the best comprehensive performance when the number of connecting holes between the elastic body and the modified rim is 20. And the thinner and longer strain beam with smaller cross section area is preferable within the scope of elastic body mechanical strength. This research proposes a novel structure optimization method for WFT which contributes to improve the measurement performance of WFT.     

基于多目标优化车辆盘式制动器优化设计分析

盘式制动器由于其良好的制动效果,无论汽车在何种方向上行驶时,它的制动力矩都不会因此而改变,且在常规制动过程中,平稳性较好而被广泛应用。但其影响因素也很多,其中最重要的是其结构特点和使用要求,故对其内外及加工等因素综合分析,选取某参数为初始值,从而建立目标函数,借助Isight进行优化分析。对优化后的制动器进行建模分析,对结构强度、接触过程力分布、温度场分布等进行校核。结果可知:基于多目标优化得到了满足设计要求和性能指标的最优解,有效地缩短了制动时间,并减少了盘式制动器的外型尺寸;优化后结构的强度、接触应力、温度分布等均满足使用要求,表明优化分析过程及方法的可靠性,为此类设计提供参考。     

超精密机械结构多目标拓扑优化设计

为满足超精密工件台结构极高的静动性能要求,提出了一种基于目标分层的多目标结构拓扑优化方法,并将其应用于超精密工件台关键件的结构优化设计中。基于ANSYS的仿真实验结果表明,多目标结构拓扑优化方法能够有效地提高结构的静动性能和设计效率,满足超精密结构极高的性能要求,为现代工程结构的多目标优化设计和改进提供了理论依据和方法。     

基于灵敏度分析的支架结构优化设计

车灯振动试验支架是车灯振动试验最重要的固定支架,其结构的合理性直接影响试验的准确性。文中以灵敏度分析为突破口,找出对支架动态特性最敏感的几个设计参数,随后对结构进行优化设计,为支架的改进设计提供参考。     

矿用某刮板链轮的多体动力学仿真与优化

为减小某煤机设备上链轮与传动链的冲击,减缓链轮的磨损,通过建立三维动力学仿真模型,并根据实际使用工况设立动力学边界条件进行动力学分析、优化。对比优化前后的分析数据,链轮冲击明显缓解,从而延长了其使用寿命。     

六分量车轮力传感器结构多目标优化设计

以六分量车轮力传感器为研究对象,进行考虑一致灵敏度和低耦合度的传感器结构多目标优化设计。首先利用有限元分析确定应变计位置,并设计测力电桥。采用最优拉丁超立方实验设计方法分析传感器结构参数对灵敏度和耦合度的影响程度。建立起考虑一致灵敏度和低耦合度的多目标结构优化设计模型,并采用NSGA-II遗传算法求解该优化设计问题。优化设计后的传感器最大耦合降到3.8%,条件数降低到2.39,在一致灵敏度和低耦合度两个相互矛盾的性能间取得了较好的平衡。     

基于Pro/E的输送机带轮的优化设计

利用Pro/E软件的参数化功能实现了单槽V型带轮的实体建模,同时应用其内在的Mechanica模块对建立的参数化模型进行仿真和有限元分析,生成应力条纹图,并对带轮的部分参数进行了优化设计,使得带轮的最大内应力减小.