基于形貌优化的高耐撞性电动汽车一体式电池箱设计

为了提高纯电动车电池箱体的整体结构性能,针对某款一体式电池箱进行了结构优化设计,利用有限元方法对其在跌落过程中所受的应力和变形情况进行了分析;同时对其进行了模态分析。根据分析结果,以一阶模态振动频率为约束条件,以质量最小为目标函数,对一体式电池箱上盖进行了形貌优化;将优化后的模型重新做了对比分析,结果表明,优化后电动汽车电池箱的性能得到了显著地提高,在质量基本不变的情况下,最大应力降低了10. 65%,最大变形降低了32. 34%,一阶模态提高了107. 26%,避开了路面及驱动电机的主要振动频率,证明了形貌优化方法的有效性。     

基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计

针对某工程用变速箱壳体轻量化问题。基于Solidworks建立其三维模型并联立ANSYS对壳体进行静态分析,得到壳体的应力、变形云图,从而确定壳体危险点的位置及力学变化特性,同时通过第四强度理论对壳体进行强度校核,在保证强度的基础上利用响应面优化法对壳体进行优化设计,通过输入变量与输出变量的灵敏度关系,以壳体质量最小、总变形最小和应力最小为优化目标并建立变速箱壳体结构优化模型,对壳体进行尺寸优化设计,依据有限元响应面优化结果,确定了优化后变速箱壳体模型。优化结果表明,优化后壳体的应力和变形基本没有变化,重量减轻了6.03%,为变速箱壳体结构轻量化设计提供参考。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。     

高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

基于弯扭复合的曲轴应力及响应面优化分析

为了研究曲轴承受弯扭复合载荷时,其圆角应力的变化情况,建立了柴油机曲轴弯扭复合模型,采用试验的方法验证了模型的准确性。模拟了标定工况下,曲轴过渡圆角处最大弯曲、扭转以及弯扭复合应力随曲轴转角的变化规律。选择最大弯扭复合载荷,以曲轴质量为约束条件,运用Workbench Design Exploration优化模块对曲轴最大应力和最大变形进行响应面优化分析。结果表明:在0~180°CA内,随着曲轴转角增加,弯扭复合圆角应力先增大后减小,最大值出现在上止点后15°CA,此时的圆角应力比最大爆发压力时的圆角应力大4.9%,比上止点时的圆角应力大26%。过渡圆角半径对曲轴应力和变形敏感度最大,敏感度分别为-0.426和-0.563。通过响应面优化分析,在满足约束条件的情况下,优化后的曲轴最大应力减少了14.45%,最大变形减小了18.17%。     

基于ABAQUS的剪切机箱体仿真分析及优化设计

剪切机箱体是剪切过程中主要的承力部件,其结构的强度和刚度决定了整个设备在工程运用中的可靠性和安全性。基于ABAQUS软件,对剪切机建立了有限元分析模型。通过设计载荷试验,对比了剪切机箱体变形的试验值和分析值,验证了有限元分析模型的正确性。针对剪切机箱体应力和变形较大的问题,对剪切机箱体进行优化设计,并对优化设计后的剪切机箱体再次进行了有限元仿真分析。优化后的剪切机箱体应力和变形得到了明显改善,为剪切机箱体的结构设计和优化提供了参考。     

基于模态和灵敏度的主轴箱有限元分析与优化设计

以CJK6132数控车床主轴箱箱体作为主要研究对象,利用ANSYS Workbench对主轴箱箱体进行三维实体建模,对主轴箱进行动静态分析。根据有限元分析结果,以主轴箱箱体壁厚作为设计变量,箱体质量、应力、应变、第一阶固有频率作为输出参数,利用设计变量与输出参数之间的灵敏度大小简化需优化的模型,在保证主轴箱动静态特性的基础上以主轴箱质量最小为优化目标,运用多目标多尺寸的优化分析,对主轴箱箱体进行有限元分析及优化设计。根据主轴箱优化结果,综合考虑主轴箱的实际工作情况,修改主轴箱箱体的结构,得到优化后的主轴箱模型结构。结果表明,优化后箱体的结构刚度、强度变化不大,固有频率有所降低,重量减轻了12.54%。     

基于响应面分析法的开式预弯机轻量化设计

针对一款公称力为22000 kN的开式液压预弯机,在生产前检测其机身结构设计是否满足变形与应力的要求,并且在此基础上降低安全系数以优化结构和进行轻量化设计,将其三维模型进行一定简化。在有限元分析软件ANSYS-Workbench中对预弯机进行静力学分析,确定最大变形量和应力集中分布的结构位置。将对预弯机最大应力影响较大的上横梁焊件和基座焊件的侧板及筋板等4个结构尺寸设为参数,以质量最小为优化目标,约束最大应力和最大变形以及结构尺寸,建立目标函数的优化数学模型。以响应面分析法对预弯机进行轻量化设计,通过中心复合设计产生49组实验数据,筛选和优化后结果显示预弯机质量减轻8330 kg,应力与变形满足设计和材料要求。     

薄壁箱体零件的焊接变形分析与结构优化设计

为了减轻某充气柜箱体质量,减小焊接变形,运用ANSYS Workbench的热-结构耦合对充气柜箱体的点焊过程进行模拟求解,得到了点焊后的变形结果,并以其内部加强筋的结构与分布为研究对象,对充气柜箱体的左面板进行了结构优化。结果表明:当左面板内部加强筋呈"卅"形时箱体变形量最小,最大变形发生在内部无加强筋的后面板,变形量为0.0310 mm。     

基于Workbench的重型电动数控螺旋压力机机身轻量化设计

针对当前压力机机身笨重与材料浪费的问题,以EP-12500重型电动数控螺旋压力机机身为研究对象,探索压力机机身结构的轻量化设计方法。首先,基于Workbench对压力机机身进行有限元分析,得到机身应力值远小于材料屈服强度的非承载区域;然后,采用拓扑优化模块对机身非承载区域进行拓扑优化;最后,以质量最小化为目标,确定机身结构材料去除区域的具体位置,实现对机身结构的轻量化设计。优化结果表明：优化后压力机机身的体积与质量均减小了9.65%,实现了机身轻量化,减少了制造成本;机身预紧工况下最大变形量增加了0.17 mm,打击工况下最大变形量增加不足0.01 mm,与原机身变形基本一致;机身预紧工况下垂直刚度为8.21 MN·mm^-1,打击工况下垂直刚度为13.08 MN·mm^-1,均满足使用要求;机身预紧工况下最大等效应力降低了2.51%,打击工况下最大等效应力降低了18.3%,降低了底座承受的冲击力,提高了底座的使用寿命。     

立式摩擦焊机钢爪夹具的有限元数值模拟与优化

以顶锻力为3500 kN的连续驱动立式摩擦焊机钢爪夹具作为研究对象,在对摩擦焊机钢爪夹具参数设计的基础上,实现了CAD/CAE的联合数值模拟及多目标优化。以夹具的质量、最大变形量和应力为优化目标,通过灵敏度分析,建立了夹具的二阶响应面模型,得到优化方案。利用正交试验对优化结果的有效性进行验证,试验表明优化结果与正交试验结果趋势一致。优化后的钢爪夹具质量变化不大,最大变形量和最大应力降幅明显。该优化方法具有较高的优化效率,优化效果显著。     

换辊小车横移车架结构的多目标优化设计

为了保证换辊小车横移车架刚度在符合要求的前提下达到轻量化的要求,提出了基于重量和刚度为目标函数的横移车架多目标优化设计方法。首先,对横移车架进行了静态特性分析,得到换辊时横移车架的应力分布和变形情况;然后,建立由设计变量所决定的车架重量和刚度的多目标优化数学模型,通过中心复合试验设计法选取合适的分析样本点,并在ANSYS Workbench软件中对样本点处的静态特性进行计算和分析;最后,为了降低多目标优化计算量,先通过Shifted Hamersley抽样技术产生一个次优的初始解集,再运用多目标遗传算法对横移车架的质量和最大变形进行多目标优化获得Pareto优化解集。结果表明,优化后横移车架最大变形量减少10%,重量减小3%,并且车架变形及应力分布更加合理。     

圆振动筛箱体的焊接变形与残余应力分析

为了评估圆振动筛箱体的焊接强度,首先分析了四层圆振动筛的结构和焊接工艺,然后使用ANSYS软件,采用双椭球热源模型和热机耦合分析法对筛箱焊接过程进行数值模拟,最后计算出筛箱焊接后的变形量及残余应力分布。仿真结果表明:圆振动筛箱在焊接过程中宽度方向变形最严重,最大变形量为1.58 mm,沿焊缝方向纵向残余拉应力的最大值为210 MPa,等效残余应力最大值为195 MPa,筛箱焊接后质心位置变化和残余应力均满足焊接要求。     

FSL1600高速铝箔剪切机组开卷机轻量化设计与研究

以某国产铝箔剪切机组FLS1600为研究对象，对其动力侧和操作侧进行了ABAQUS有限元分析，得到动力侧最大等效应力为196 MPa,最大变形量为8.1～10.0 mm,符合使用要求。根据应力应变云图，确定优化设计的关键零部件区域，利用拓扑优化原理，将圆孔处强度和整体质量作为目标函数进行优化计算，设计新的结构。新产品最大应力为94.7 MPa,最大变形量为16.8 mm,均符合生产要求，且动力侧质量为904 kg,降低了近70%,操作侧质量为602 kg,降低了接近80%,取得了显著的减重效果。     

重卡变速箱箱体消失模模具设计

通过总结实际生产中模具设计与现场使用经验,介绍了重卡变速箱箱体消失模模具设计所采用的模具结构和工艺,使模具成型出的泡沫模样形状尺寸稳定,不易变形;使泡沫模样脱模顺畅,使用强度足够;提高了变速箱箱体的出模效率,降低了工人的劳动强度,保证了变速箱箱体的铸造精度和表面粗糙度。     

Q235钢桶底板涨筋抗振结构优化

钢桶是液体危险化学品重要的包装容器,钢桶底板强度对其运输中的安全性起决定性的作用。在不增加厚度的情况下,在传统钢桶底板上设计涨筋以提高其抗振动疲劳寿命,同时采用有限元方法对200LSPCC(cold rolled steel)钢桶进行应力分析和结构优化,以获得桶底板的最佳方案。优化后最大等效应力降低了140%。结合振动试验,钢桶优化后的抗振性能提高了7.42倍,优化效果明显。     

短应力线轧机端盖分析与优化设计

对短应力线轧机轴承座外侧静迷宫端盖的结构进行优化分析,以减轻端盖的质量、提高端盖的强度与刚度。以减少静迷宫端盖质量和最大应力应变作为优化目标,使用Creo建立端盖的参数化模型,通过ANSYS Workbench进行静力学分析,构建响应曲面模型并进行敏感度分析,最后通过MOGA算法对端盖设计参数进行最优求解。优化后与初始值相比,端盖质量减少了16.58%,等效应力降低了22.10%,等效弹性应变下降了20.39%。优化后实现了端盖的轻量化,提高了设计强度和刚度,为以后短应力线轧机的设计优化提供了参考。     

基于GA-GRNN的复合铣床立柱优化

立柱是复合铣床的主要承力部件,其质量直接影响机床的刚性和动态性能,进而影响加工质量,因此对有必要对复合铣床立柱质量进行优化设计。首先采用灵敏度分析法,获得影响立柱质量的敏感尺寸参数;其次基于均匀试验和GRNN神经网络分别建立立柱质量、前2阶固有频率和最大变形量的模型,并通过遗传算法对模型方程进行寻优求解,得出尺寸参数最优解组合;最后在优化后立柱的最大变形量不超过原立柱最大变形量的情况下,优化后的机床立柱的质量减轻了10.09%,前2阶频率分别提高了3.10%、2.42%,证明GA-GRNN优化机床立柱是可靠有效的,可以将其推广到更广泛的领域。     

重载物流AGV机器人悬架结构优化设计

为提高重载物流AGV机器人的路面适应能力,设计适合物流仓储车间的AGV移动系统。为该系统构建纵臂式独立悬架,具有调节机构以改变减振器角度和纵臂长度。基于简化的悬架系统支架模型,进行静力学特性分析;构建以支架不同尺寸参数为变量,以结构质量为目标函数,以最大变形量和最大等效应力为约束条件的优化数学模型,采用受控精英多目标遗传算法对设计变量进行优化。校核优化后结构强度和刚度满足使用要求,证明了结构优化的合理性,实现了构件精益制造,提高了材料的利用率。