基于二次优化法的铝合金车架可靠优化设计研究

针对基于可靠性的多目标优化过程中,解收敛过早且计算效率低下的问题,提出了基于可靠性的二次优化法。根据Pareto前沿解单位法向量来计算多个优化目标的权系数,使用序列二次规划法对多目标优化结果进行了二次优化,并通过矩方法进行了可靠性分析;以某铝合金新能源汽车车架为例,结合试验设计、近似建模、二次优化法和矩方法,以零件壁厚为设计变量,一阶弯扭模态频率和弯曲刚度为约束,铝合金车架质量和扭转刚度作为优化目标,进行了多目标可靠性优化设计。研究结果表明:二次优化法使最优解落在约束边界,解决了基于可靠性的多目标收敛过早的问题;矩方法在保证可靠性优化精度的同时提高了优化效率;与原设计相比,优化后的铝合金车架扭转刚度提高12.96%,车架总质量减小5.41 kg。     

工程机械车架结构分析及优化设计

以某型号道路工程车辆车架为研究对象,在CATIA软件中建立了该车架的3D模型,导入Hypermesh进行网格划分并建立其有限元模型,根据车辆的实际工作情况,构建满载静止和支撑两种工况然后进行强度分析,选择应力与变形较大的工况进一步计算其模态频率。构建以厚度为应变量的响应面模型,基于车架近似模型以车架的总质量和第一阶模态频率作为优化目标,以车架的强度作为约束条件进行多目标优化。优化结果表明:在满足车架整体性能要求的前提下,优化后的车架第一阶模态频率提高了6%,并且车架质量减轻了7%,证实了该优化设计方法的有效性,为后续工程车架的设计提供指导。     

基于区间不确定性的车架非线性可靠性优化

采用非线性有限元分析方法,用ABAQUS软件对车架的刚度和强度进行了分析。基于分析结果选取对结构强度和质量影响比较大的梁的厚度作为区间的设计变量,把车架材料的密度和泊松比作为不确定量,利用高维模型（TPS-HDMR）构建了设计变量与应力之间的近似模型,运用Kriging模型构建了设计变量与质量的近似模型。采用遗传算法中的NSGA-Ⅱ方法和隔代遗传算法,对车架应力和质量两目标进行了优化,并加入可靠度作为约束,得到了Pareto最优解集。     

基于响应面法的反铲液压挖掘机工作装置多目标优化设计

为提高反铲液压挖掘机工作装置的综合性能,综合考虑理论挖掘力、静态强度、动态性能的基础上对反铲液压挖掘机工作装置进行了多目标优化设计。在Ansys Workbench中对工作装置进行了强度分析和模态分析。使用最优拉丁超立方试验设计和响应面法建立了动臂强度、斗杆强度、工作装置质量、1阶模态、2阶模态的近似模型,提高了优化效率。使用NSGA-Ⅱ算法对工作装置进行了多目标优化设计,获得了Pareto解集。优化结果表明在满足约束的情况下工作装置质量下降、动态性能提高、理论挖掘力增大,提高了工作装置的综合性能。     

基于刚度和模态的某自卸车车架轻量化设计

利用有限元模态分析理论,分析了某自卸车车架的动态特性,结合车架模态试验验证了模型的合理性。在已验证的模型基础下求解了车架的弯曲和扭转刚度。进行灵敏度分析以确定有效的设计变量。以车架总质量为目标函数,以刚度和1阶固有频率为约束条件,建立轻量化优化模型。通过拉丁方试验设计方法选取样本点,运用径向基函数构造模型各响应的近似模型,采用遗传算法求解近似模型。获得的优化结果参数代入实际模型后结果表明车架总质量在满足刚度和1阶模态频率约束要求下下降了18.37 kg。     

基于模态灵敏度分析的机载控制台尺寸优化

机载控制台杆件较多,结构复杂,尺寸优化过程中设计变量较多,在尺寸优化前必须对其进行灵敏度分析。以多目标拓扑优化后的某机载控制台下台体为研究对象;以下台体各构件的厚度尺寸作为设计变量;以质量为约束条件;以第一、第二阶固有频率作为优化目标进行灵敏度分析。获得了下台体第一、第二阶模态频率及质量对杆件厚度的灵敏度变化情况及第一、第二阶固有频率相对于质量的灵敏度值。以下台体质量作为优化目标函数;结构第一、第二阶模态频率作为约束条件;选择第一、第二阶模态频率对质量的灵敏度绝对值较大的杆件厚度尺寸作为设计变量进行尺寸优化。分析结果表明,尺寸优化后结构的低阶固有频率明显提高,质量稍有减少,具有较好的动态性能。为下台体结构尺寸的确定提供依据。     

前副车架振动特性分析及其优化设计

为了解决某SUV在高速时产生的振动与噪声问题,基于前副车架有限元分析模型和自由模态计算对其进行振动特性分析,获取其低阶模态频率及其阵型,分析结果表明其第1阶扭转频率处于发动机激励频率范围之内,将引起前副车架产生共振,从而产生剧烈振动和噪声。基于霍克-吉维斯直接搜索法对前副车架的料厚进行优化设计,得到了各个零部件最优的厚度值,分析结果表明优化之后其前4阶模态频率均有所提高,并且均处于发动机的激励频率范围之外,能够避免发生共振,满足模态设计要求。对前副车架的优化方案进行模态试验,试验结果表明其模态频率及其阵型的测试值与仿真值基本一致。整车道路试验结果表明优化之后前副车架的振动明显减少,最终成功解决了该故障问题。     

农用三轮摩托车车架振动分析与结构优化

对某农用三轮摩托车车架的梁单元模型进行了强度、刚度和模态分析。在此基础上,以车架在极限工况下的强度、刚度和质量为约束条件,以主要梁管的截面尺寸为设计变量,以车架的第1阶固有模态频率为目标函数,建立了结构优化数学模型,并通过计算获得了最佳的结构截面尺寸参数,使车架在满足强度和刚度使用要求且不增加质量的前提下,提高了第1阶固有频率,改善了农用三轮摩托车的振动特性,从而为其车架结构的改进提供了理论依据。     

汽车副车架强度模态分析及结构优化

以某轿车副车架为研究对象,在CATIA、Hyper Works等软件中建立其有限元模型和多体动力学模型。对其结构进行强度分析和自由模态分析。分析结果表明,副车架强度符合使用要求,但该副车架的一阶模态频率与发动机激振频率较为接近从而可能会产生共振现象。针对该问题,采用变密度拓扑优化方法,建立以平均频率法定义的目标函数,以体积分数和应力为约束的拓扑优化。优化结果表明,副车架的模态计算值与试验值误差非常小,其一阶模态频率提高17.3Hz,并且给出副车架材料最优分配图,优化后一阶模态频率可避开发动机激励频率频带,验证副车架结构有效性。     

汽车车门多学科性能分析与轻量化多目标优化设计

为确保车门力学性能、结构性能、安全性能以及实现轻量化,以汽车前车门为研究对象对其进行有限元模型建立、动静态特性分析并基于LS-DYNA进行碰撞分析。将分析结果结合预期目标,提出以轻量化为主要目标,同时提升下沉工况刚度、窗框中部刚度、优化一阶模态频率的多目标尺寸优化问题。通过建立数学模型,结合Plackett-Burman设计对变量进行灵敏度分析,再通过Hammersley法进行试验设计(DOE)并运用HyperKriging法得到拟合模型。采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行优化,得到Pareto解集。根据经验,从非劣解中挑选最优解。将优化结果进行分析验证。结果表明:优化后汽车车门性能达到预期目标,质量减轻0.23 kg。