轿车发动机罩拓扑结构优化及其轻量化设计

对常见四种工况下的轿车发动机罩板进行有限元分析,采用拓扑优化的方法,在四种工况下,以加权应变能最小为优化目标,对发动机罩内板中部区域进行优化。通过软件OPTISTRUCT中的OSSmooth模块导出结构优化后的文件,在CATIA中根据拓扑优化的形状和材料分布的路径进行模型的修改,得到拓扑结构优化后的发动机罩板,并分别选取高强度钢、铝合金、镁合金作为替换材料,对比优化前后的发动机罩板的综合力学性能,得出拓扑结构优化后的铝合金方案为最优轻量化方案。     

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。     

铝合金材料发动机罩内罩板优化设计研究

以某车型的发动机罩数模为原型,将发动机罩内罩板作为研究对象,选取当今热门材料铝合金,提出了一种拓扑优化和形貌优化相结合的优化方法,使模型在轻量化的同时满足基本力学性能要求。分析过程中模拟了发动机罩最常见的6种工况,通过有限元软件计算出符合这些工况下的最优化结构,根据优化结果修改内罩板模型,并与标杆车模型的力学性能进行对比。经检验铝合金材料发动机罩设计模型质量较标杆车模型减轻约21.4%,力学性能良好。     

应用拓扑优化方法的发动机罩板结构轻量化研究

以某型车的发动机罩板作为研究对象,以拓扑优化方法作为指导,设计三种不同方案对罩板结构进行拓扑优化,并通过有限元模拟计算进行力学性能分析,比较并评价三种方案,总结并得出最优罩板结构优化方案,减轻罩板重量,改善罩板的实际力学性能,对于其他汽车部件结构轻量化设计具有较大的指导和借鉴意义.     

轻量化蜂窝3D打印路径自适应生成技术

为了解决当前模型轻量化的力学性能问题,根据材料和压应力分析生成参数可控的蜂窝状路径轨迹,提出一种轻量化蜂窝3D打印路径的自适应生成技术。通过对蜂窝路径的参数优化设计,建立了基于材料最少的优化模型和自适应压应力轨迹优化模型;基于蜂窝结构在承载下的力学性能分析,实现了对非均布载荷下轻量化蜂窝轨迹的自适应生成。实验分析表明,该方法能生成参数可控的自适应蜂窝路径轨迹结构,并可实现轻量化结构的力学性能优化,为提高局部承载性能轻量化结构的直接打印生成提供了新的思路。     

基于Kriging模型的发动机罩多目标优化设计

为提高轿车CNCAP行人保护性能,应用拓扑优化方法对某款轿车的发动机罩内板进行结构改进,以达到降低行人头部损伤值的目的。先以发动机罩内板、外板、加强板及铰链的壁厚为设计变量,采用最优拉丁方法生成样本数据,通过仿真分析,构建了关于发动机罩质量、头部损伤值及模态的Kriging近似模型;然后利用NSGA-Ⅱ（非劣分层遗传算法）多目标进化算法寻优求解。结果表明：改进后的发动机罩不仅安全性和防振性得到改善,而且质量减小,模态值提高,实现了安全、防振及轻量化的设计目标。     

复合填充芯材的优化设计及其应用研究

为进一步提高汽车发动机罩填充芯材的缓冲吸能性能,将轻质、缓冲性能佳的EPP泡沫填充到铝蜂窝芯材中,采用代理模型和多目标优化算法求解获得填充芯材的参数优化解,最终的优化参数为铝蜂窝胞元边长3mm、蜂窝壁厚0.06mm、EPP泡沫密度40kg/m3,并开展了低速冲击试验验证优化结果的可靠性。将优化后的填充芯材应用于汽车发动机罩中,研究其对汽车行人保护性能的影响及其轻量化效果,研究结果显示,新发动机罩的行人头部损伤值降低了(13.5～51.8)%,加速度峰值降低了(9.4～39.2)%,所有碰撞点均没有发生二次碰撞,并且在不降低发动机罩机械性能的前提下,新发动机罩比原发动机罩减轻了23.8%,表明芯材填充对提高汽车发动机罩的行人保护性能及轻量化效果明显。     

某舰炮基座灵敏度分析与轻量化设计

为实现某舰炮基座的轻量化设计,基于有限元理论和结构优化理论,分析了舰炮基座在极限工况下的结构响应。在此基础上,基于尺寸优化理论和灵敏度分析理论,完成了舰炮基座的灵敏度分析和轻量化设计,得到了舰炮基座中质量灵敏度较大的板件厚度。优化前后的分析结果表明,优化后舰炮基座的重量降低13.2%,最大应力为160.6 MPa,优化后的舰炮基座满足设计要求,达到轻量化的目的。     

基于RADIOSS的复合材料发动机罩行人保护研究

为研究复合材料发动机罩对行人头部的保护性能,以某车型发动机罩为例,建立了行人头部撞击复合材料发动机罩的有限元模型.利用RADIOSS求解器开展头碰分析,并将各头碰撞击点的加速度-时间曲线和HIC值与铝质机罩结构进行对比.对比结果表明:使用复合材料的发动机罩理论上能够满足行人保护需求,同时整体质量相比铝质发动机罩会更轻,...     

连杆结构拓扑优化设计及其对发动机系统稳定性的影响

建立起某车型的发动机曲柄连杆机构系统。首先基于ABAQUS/Optimization模块,对连杆结构进行拓扑优化设计,在满足结构刚度和强度的前提下达到结构轻量化的目的,后采用隐式动力学分析算法,对优化前后的活塞—连杆—曲柄系统进行动力学仿真分析,对比优化前后系统的振动特性。结果表明,在以得到最小应变能为目标的条件下,通过移除连杆杆柄四周的部分多余材料,可使连杆系统的应变能降低为868.9J,结构质量也由初始的0.793kg降低为0.585kg,实现减重26.2%的最终效果。采用隐式动力学分析算法,计算结构优化前后的活塞—连杆—曲柄系统运动特性,结果表明,通过对连杆进行结构轻量化设计,可以降低系统质量,且不会恶化系统响应行为,相反地,它对系统的切向振动起到一定的改善作用。通过优化设计可以避免连杆出现大范围的应力集中,虽然一定程度上增加了最大应力值,但是依然在安全范围以内,因此本研究提出的优化方案是安全的。此外,避免活塞—连杆—曲柄系统失效发生的关键是减小活塞初始运动带来的大范围扰动效应。本研究提供的优化设计方法将为发动机系统的轻量化,以及系统振动改善等方面的结构设计提供一定的参考思路。     

基于SIMP材料插值模型的某航炮弹箱传动齿轮轻量化设计

为了提高战机的性能,实现航炮轻量化设计的目的,以某航炮弹箱传动齿轮为研究对象,通过基于SIMP(Solid Isotropic Material With Penalization)材料插值模型的拓扑优化方法,建立了以齿轮结构单元密度为设计变量,柔度最小为目标函数,优化前后体积分数百分比和结构平衡方程为约束函数的拓扑优化数学模型,对弹箱传动齿轮进行了拓扑优化研究。根据拓扑优化结果对齿轮进行了结构改进和静力学分析,分析结果表明,在满足结构刚强度以及保持供弹原理不变的前提下,优化后的齿轮结构比初始结构质量减少了15. 4%,最大变形减少了14. 2%,最大应力增加了20. 8%,实现了齿轮结构的轻量化设计。这对于齿轮结构减重具有工程应用价值,并为其他零部件轻量化设计提供了参考。     

复合材料车轮结构轻量化的研究

减轻汽车质量、降低燃油消耗和减少排放污染成为汽车工业发展的核心问题,车身的轻量化对于整车轻量化起着举足轻重的作用,采用轻质材料是车身减重的重要途径。该文以某汽车为对象,采用复合材料对车轮的轮辋厚度、车轮安装凸缘厚度和车轮的轮廓尺寸进行结构轻量化优化设计,使车轮的重量最小化。对优化后复合材料车轮进行车轮弯曲疲劳试验,其应力、应变、位移值与优化前相近,但在重量上减轻了10.436%。     

基于参数化模型的柴油机连杆结构轻量化设计

本文以缸径为110mm柴油机连杆为研究对象,建立连杆结构的参数化模型,将连杆的主要结构参数作为设计变量,以最大许用应力等因素作为约束条件,以连杆重量最小作为目标函数编制优化命令,对连杆结构进行轻量化设计。计算结果表明:优化后的连杆质量降低了352.31g,变化比例为22.91%。采用参数化模型进行轻量化分析,可以快速准确的获得最优设计值,为连杆结构设计提供依据。     

面向渠灌区的新型钢闸门结构轻量化设计

为了实现渠灌区新型钢闸门结构轻量化,充分利用闸门材料承载性能,将ANSYS与试验设计软件Design-Expert相结合对闸门进行优化设计。采用APDL语言对ANSYS进行二次开发,建立闸门参数化模型。应用Design-Expert进行正交试验设计并运用ANSYS软件仿真,采用响应面法拟合应力、挠度和质量的数学模型。以应力和挠度为约束条件,闸门质量为目标函数进行优化。对某灌区闸门优化后结果表明:优化后闸门质量减轻20%,实现设计的经济性与可行性。该优化方法为改进闸门结构提供了理论依据。     

参数优化方法在轻质反射镜结构设计中的应用

介绍了一种对反射镜轻量化结构进行优化设计的方法。利用ANSYS软件对采用扇形开口孔轻量化的某遥感器主反射镜建立参数化结构模型,将对反射镜力学性能影响较大的某些结构参数如镜体厚度、扇形孔的位置、尺寸等指定为优化设计变量,根据反射镜的加工和装配工艺合理地确定这些结构设计变量的可行域,运用ANSYS优化设计模块提供的零阶优化方法对镜体结构进行了优化设计。力学分析表明,经过优化后的反射镜结构相比于原设计方案轻量化程度更高,静力学性能更好。     

颗粒增强复合材料弹性结构的双尺度有限元分析

颗粒增强方法是实现材料高性能化的重要手段。预测颗粒增强复合材料的细观结构与力学性能的关系是实现材料增强增韧的基础。为更好地分析、设计和优化复合材料,需要引入多尺度计算模型来考察细观结构对宏观力学性能的影响。基于均匀化理论,采用Voronoi有限元法对颗粒增强复合材料进行细观数值模拟,从而预测材料的宏观等效弹性常数,并直接得到材料的细观应力场。在细观尺度,首先假设满足平衡条件的应力场,采用Voronoi应力单元建立余能泛函并得到细观控制方程,最终形成可直接求解的线性代数方程组,从而求得应力系数并得到细观应力场。在宏观尺度,利用商业有限元软件ANSYS来进行宏观结构分析。通过均匀化方法求得弹性模量的宏观平均值,将其输入ANSYS系统即可进行计算,由此把宏细观两个尺度耦合起来,可以对颗粒增强复合材料构成的结构体进行有效的力学分析。     

基于拓扑和形貌优化的汽车发动机罩板设计

提出了一种汽车发动机罩板的优化设计方法。该方法包括基于拓扑优化的最优材料分布设计和基于形貌优化的最优压延筋设计,在轻量化设计的同时使结构的力学性能得到提高。在设计过程中,采用加权的方法处理优化设计的多工况问题。根据优化结果建立内板结构的优化模型,并将优化模型与原设计模型进行比较,结果表明,优化模型在横向弯曲工况、侧向弯曲工况和扭转工况的结构应变能分别降低18.89%、64.30%和49.79%,结构减重约20%。     

起重机快速轻量化设计系统研究及应用

参数化设计和结构优化设计是复杂结构快速轻量化设计系统的核心,也是促进起重机轻量化设计技术在企业推广应用的关键。但是,现有起重机快速设计系统大多以实现参数化设计为主,难以实现结构的自动优化设计。而已公开的优化方法实现过程复杂,且大多采用连续变量优化,结果难以直接运用于实际生产。进行系列化起重机的参数化建模,建立多位置、多状态的载荷模型,集成含零阶优化、参数圆整、局部再优化的二次优化设计方法,开发了具有参数化设计、轻量化优化等功能的起重机快速轻量化设计系统,并完成了箱型门架的快速轻量化设计系统与软件。应用结果表明,该系统显著缩短了设计周期,减少了设计人员的大量繁琐计算工作量。仅对部分截面尺寸进行优化,虽然门架应力应变在容许范围内有所增加,但整机质量下降10.5%,节约了后期成本。     

某汽油机排气歧管隔热罩开裂问题分析及优化设计

随着某汽油机的技术升级,排气歧管隔热罩由单层改进为双层中空结构,但在进行发动机台架试验过程中出现了开裂现象。通过对隔热罩的模态、应力分布、断口及振动进行分析,其开裂的根本原因为振动疲劳引起,而解决方法是采用合理布置加强筋的方式提高其局部或整体刚度以减小振动,优化后的设计方案通过了通用全球发动机耐久试验和热循环试验。     

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。