某牵引车车架多目标拓扑优化设计

为了得到同时满足静态多工况刚度和动态振动固有频率要求的某牵引车车架结构,将拓扑优化的方法引入到车架的结构设计中。采用折衷规划法定义多刚度拓扑优化的目标函数的数学模型,而振动固有频率拓扑优化的目标函数的数学模型则采用平均频率法定义,综合刚度与振动固有频率的多目标函数的数学模型也采用折衷规划法定义。通过优化得到同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构。通过在Hyper Works软件中对车架进行静态和模态仿真,仿真结果表明,车架性能满足工作要求,这也验证了对牵引车车架进行多目标拓扑优化设计是合理可行的。     

60MN力标准机承压板结构多目标拓扑优化研究

针对60 MN力标准机承压板结构轻量化拓扑优化时,既要求结构的刚度最大化又要求结构的低阶固有频率最大化的多目标拓扑优化问题,提出了针对多个目标采用加权平均的方法把多目标优化问题转化为单目标优化问题。通过对选定的多个低阶固有频率目标函数采用加权求平均频率的方法实现了承压板结构的动态特性优化;采用加权平均的方法确定了刚度和频率的综合目标函数,实现了承压板结构的多目标拓扑优化,最终设计出了一种新的承压板结构。研究结果表明,优化后的承压板结构的最大变形量减少了25.5%,最大应力减少了14.1%,前五阶固有频率增加了5.7%~13.2%;可以看出新的承压板结构的前五阶固有频率和静态刚度均得到显著提高,从而验证了该优化方法的可行性。     

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。     

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。     

龙门导轨磨床立柱的多目标拓扑优化

以多工况下的应变能和结构振动固有频率为优化目标函数,对龙门导轨磨床立柱进行多目标拓扑优化。将质量小于1.3t做为约束函数,得到最佳质量分布云图,根据质量分布云图重新对立柱部件进行结构设计,再对新立柱做进一步的多目标参数优化,采用同样的约束函数和目标函数完成尺寸优化。优化结果表明,质量减少18%,最大总位移减少6.7%,第一阶固有频率提高11%。实现了在减少材料使用的情况下提高立柱动静态特性的轻量化设计目标。     

XHGS256龙门加工中心立柱的多目标拓扑优化

为了兼顾龙门加工中心立柱结构具有更高的静动态刚度和更轻的重量的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化理论,结合平均频率公式对各优化目标进行折衷化处理,并利用层次分析法选定子目标权重,建立了以立柱结构的相对密度为设计变量,同时考虑最小柔度和最大频率的多目标函数,并将结构体积的百分数作为约束函数对其进行优化得到新的立柱结构方案。结果表明:改进后的立柱质量减少8.96%,最大变形降低38.63%,一阶固有频率提高6.87%,满足设计指标要求。     

结构多目标拓扑优化目标函数构建方法的研究

为实现结构材料的多目标拓扑优化设计,基于数学规划法提出一种广义的平均距离法,用以研究多目标拓扑优化目标函数的构建方法。介绍了运用平均距离法演变的将多目标转化为单目标的多种方法,并以汽车悬架控制臂为实例,应用演变的多种方法进行拓扑优化仿真研究。研究表明：运用平均距离法演变的多种方法可以灵活地构建多目标优化目标函数,基于所构建的目标函数可以寻找较优的构建方法,更好地将平均距离理念应用于多目标结构优化设计。     

校车底盘车架结构静动态特性拓扑优化设计研究

针对一款城市专用校车底盘车架结构一阶固有频率偏低的问题,研究了其拓扑结构与静动态特性之间的关系,提出了基于静动态特性的校车底盘车架结构多目标拓扑优化设计方法,即以多工况下的底盘车架结构静态刚度和一阶固有频率最大为目标函数,以拓扑区域体积比为约束函数,建立其结构拓扑优化模型,利用Hyper Works的Optistruct软件对底盘车架结构进行多目标拓扑优化设计,结果表明,优化设计的底盘车架结构在静态刚度保持不变的前提下,其动态一阶固有频率提高了34.6%,较好地解决了校车底盘车架动态特性较差的问题。     

基于广义加工空间概念的机床动态特性分析

针对研究机床在广义加工空间中动态特性的变化规律,提出机床广义模态和广义刚度场的概念.采用有限元法建立三轴龙门机床和四轴立式机床的动力学模型,通过动力学模型修正的方法在整个加工空间进行模态分析和动力响应分析,分别建立广义模态函数和广义刚度场函数.通过对3轴机床广义模态函数分析,得到了机床前5阶固有频率在整个加工空间中的变化规律,可以看出,固有频率在加工过程中变化最大可达25%,广义模态为机床性能的优化提供完整的模态信息.通过对4轴联动机床广义动刚度场函数的分析得出,机床在此频率下的刀具最优姿态,在另一频率下刚度可能就不是最佳,从而为优化机床的加工工艺,提高机床加工精度提供理论支持.     

基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计

为避免单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,笔者提出了一种车架结构的多目标拓扑优化研究方法.采用折衷规划法建立了车架结构多目标拓扑优化的数学模型,其中多刚度拓扑优化目标函数采用折衷规划法定义,振动频率拓扑优化目标函数采用平均频率法定义.以某越野车车架为例,通过优化得到了同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构.理论分析...     

多工况下地铁车辆齿轮箱吊座拓扑优化设计

采用变密度法,以齿轮箱吊座多工况刚度最大化为目标函数,以体积比、一阶频率和工艺要求为约束条件,建立了吊座结构多工况拓扑优化模型.通过OptiStruct软件的优化,得到结构的拓扑优化结果,结合工艺要求对优化后的结构进行重新建模,分析了结构在三种工况下的应力分布和一阶频率.结果表明,吊座质量减轻了约7kg,结构一阶固有频...     

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。     

面向多目标的汽车悬架控制臂拓扑优化研究

针对结构的多目标拓扑优化设计,提出一种基于折衷规划法归一化子目标建立综合目标函数、以灰色综合关联分析确定综合目标函数中子目标权重系数的方法。以某商用车悬架控制臂为例,运用动力学分析、静力学分析和模态分析,得到控制臂在典型工况下的刚度性能、强度性能和固有频率。用板结构进行拓扑优化和形貌优化确定控制臂外轮廓形状,再分别采用单目标拓扑优化降低典型工况下的柔顺度和提高前三阶固有频率,并采用多频率加权方式来抑制频率单目标优化时的振荡现象。将单目标拓扑优化形成的子序列与各个目标最优值形成的最优序列进行灰色综合关联分析,得到子目标的权重系数。用折衷规划法进行多目标拓扑优化,根据优化结果对控制臂进行改进设计。改进后结构分析表明:优化后的控制臂质量减轻9.3%,整体刚度性能和强度性能明显增强,各阶固有频率均有不同程度提高。     

中型氢燃料电池货车车架多目标拓扑优化设计

以某中型氢燃料电池货车车架为研究对象,基于变密度法拓扑优化理论,实现了车架静态多工况刚度最大化和提高动态低阶固有频率的目标。保留车架附属连接件,以原车架外廓尺寸建立拓扑优化空间,采用各向同性材料惩罚函数进行多目标拓扑优化,获得最佳的车架结构布局,进行新车架结构设计。结果表明,新车架中部承载能力优于已经通过模态试验验证的原车架,最大应力下降35.6%;第一阶固有频率提高1.9 Hz,能够避开路面激励能量最大的区域;同时车架质量减轻7.8%,实现了氢燃料电池货车车架结构的专用化和轻量化设计。     

工业机器人臂部静动态多目标拓扑优化设计研究

为兼顾工业机器人臂部更高静动态特性和更低自重的要求,基于SIMP变密度法拓扑优化,运用相对差值的数学方法,构建了提高结构静态各工况刚度和动态各阶固有频率的多目标拓扑优化数学模型。以MOTOMAN-HP20工业机器人的L臂为研究对象,对其进行静动态多目标拓扑优化设计,获得L臂新结构方案。分析表明:L臂新结构静态各工况的刚度和动态各低阶固有频率都得到提高,同时L臂减重15.5%,实现了轻量化。并且相对差值法的运用有效避免了在多目标优化过程中大数量级目标支配优化结果的问题。     

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。     

数控转塔冲床横梁结构多目标拓扑优化设计

提出一种新的横梁结构多目标拓扑优化设计方法,避免了传统的单目标优化设计方法无法同时考虑多个目标的问题。该方法基于拓扑优化思想,将横梁设为设计域与非设计域,以设计域各单元密度为设计变量,基于加权欧氏距离法建立使静柔度最小化与模态频率最大化的多目标拓扑优化的目标函数,以体积分数为设计约束,对横梁结构进行多目标拓扑优化;结果表明,在横梁质量基本保持不变的情况下,横梁静刚度提高了17.8%,一阶固有频率增加了4.98%,优化效果显著。     

基于满意度理论的卧式加工中心立柱性能优化

为了提高卧式加工中心的动态性能,针对关键结构件立柱,运用折衷规划法建立了以多工况柔度和1阶固有频率为目标函数的多目标优化数学模型,并引入满意度权重因子控制多工况权重比,进行拓扑优化后设计出新的立柱模型。对优化后的立柱进行验证,结果表明立柱的前4阶固有频率均有不同程度的提高,且通过优化有效地改善了卧式加工中心的动态性能,提高了自身的低阶固有频率,在三个坐标方向上的最大振幅比原模型分别下降了17%、77%和79%。     

基于BESO方法的连续体结构动态特性多目标拓扑优化

为实现动态多目标下的拓扑优化结构设计,以结构动柔顺度最小化和固有频率最大化加权函数为目标,提出基于双向渐进结构优化方法(Bi-direction Evolutionary Structural Optimization, BESO)的连续体结构动态特性多目标拓扑优化方法。基于等效静载荷法(Equivalent Static Loads, ESL),将结构动刚度优化问题转化为多工步载荷作用下的线性静刚度优化问题,结合BESO方法实现结构多工况线性静态优化。分别归一化目标函数和灵敏度,避免不同性质目标函数及灵敏度的量级差异引起的数值奇异性。数值算例结果表明,结构体积约束、频率与动柔顺度综合目标均能渐进收敛于最优目标值,优化结构具有清晰的拓扑构型。随着柔顺度灵敏度、权重因子的减小,优化结构拓扑形式发生显著变化,其动刚度逐渐减小,而固有频率逐渐增加。所提出的频率-动刚度多目标拓扑优化方法能够提高结构动态特性,拓展了BESO方法对结构动力学拓扑优化问题的应用范围。     

链轮结构静/动态多目标拓扑优化及敏度分析

为增强链轮结构的静态刚度及有效抑制外界激励的影响,将多目标理论并结合拓扑优化理论引入到链轮结构的设计。依据链轮的真实工况,分别对其进行静态刚度和动态固有频率最大化的优化设计。基于折衷规划法定义静态刚度和动态固有频率的多目标函数,并以体积分数为约束条件构建链轮结构的SIMP拓扑优化模型,基于OptiStruct的优化准则算法进行多目标优化求解。运用伴随变量法求解多目标函数相对设计变量的灵敏度,为结构整体性能改善及优化提供准确的梯度信息。最后,以链轮多目标优化结果为参考,基于SolidWorks进行二次设计,并对其进行静力学和模态分析用以验证优化前后结果的正确性。该方法对考虑多个目标的工程结构优化设计具有实际意义。