轻载长悬臂桁架结构的优化设计

以轻载长悬臂桁架为研究对象,分析其受力特征,建立以结构总质量为优化目标,以结构强度、刚度、局部稳定性等为约束条件的数学优化模型;通过Design Exploration工具对局部求解区间内的弦杆与腹杆外径寻优求解,得到相同结构、不同载荷条件下的优化解及灵敏度分析图,结果表明:增大弦杆外径可有效提高桁架整体结构强度和刚度,但腹杆对结构刚度和强度的影响效果较复杂,该结论对结构改进与类似结构设计具有一定的指导意义.最后对优化求解后的桁架结构进行有限元分析,由最大组合应力云图和总变形云图可知,优化后的桁架能满足设计要求且结构材料得到了充分利用,该设计方法较传统设计方法效率更高、设计结果更合理.     

离心转游乐设施桁架断裂原因分析

某游乐园离心转设施在载人运行过程中一侧座舱的桁架中部突然断裂,通过对桁架断裂部位及距断裂部位较远位置取样材料进行化学及力学性能分析,对断裂部位取样进行断口宏观、焊缝组织、显微组织及扫描电镜断口分析,结合使用工况及技术文件,对桁架结构、材料、焊缝质量及断裂原因进行了分析。结果表明:桁架存在结构缺陷及严重交变偏载问题,桁架弦杆、腹杆材料及焊接结构存在缺陷;维护不当,桁架西南弦杆断裂后未能及时发现,造成受损桁架长时间带伤服役。     

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...     

含结构惯性载荷作用桁架结构的弯曲应力及其控制

结构惯性载荷所占成分较大的桁架结构,需考虑其对杆单元弯曲应力的影响及其控制。针对该问题,可用桁架结构分析方法求解杆内轴向应力,再用受横向均布载荷梁的分析方法求解杆内最大弯曲应力,将两者相加以确定杆内最大总应力。继而,采用控制细长比的方法,以控制横向惯性载荷引起的最大弯曲应力,并讨论相应的屈曲条件以确定许用轴向压应力。运用应力比法对多工况下应力约束桁架结构进行最轻化设计,以含惯性载荷作用的3杆和10杆桁架结构优化为例,验证该控制最大弯曲应力方法的必要性与有效性。     

基于Ansys的折臂式塔式起重机臂架参数化建模和分析

针对目前部分折臂式塔式起重机臂架结构轻量化的问题,基于APDL语言,以折臂式塔式起重机臂架结构为分析对象,囊括参数化建模部分和优化设计部分,针对满载小车位于臂架端部最危险位置时的工况进行有限元计算模拟,旨在满足桁架强度、刚度、稳定性的基础上,利用Ansys的优化功能减轻桁架质量。经过分析,优化结果较原设计方案臂架质量减轻了14.89%,优化效果良好,大大提高了设计的质量和效率,为折臂式塔式起重机臂架金属结构或类似结构轻量化设计提供了参考。     

含表面裂纹的K形管结构应力强度因子分布研究

K形管结构是桁架臂起重机臂架重要的承载结构,随着起重机工作时间的增长,尤其是临近使用寿命极限时,其焊趾线区域会存在萌生裂纹的可能并扩展。因此,研究含裂纹的K形管的力学特性具有重要意义。利用ABAQUS软件建立了起重机桁架臂K形管结构的有限元模型,并考虑了焊缝影响与表面裂纹,对有限元模型进行力学分析,提取了裂纹尖端节点的应力强度因子,得出了K形管焊缝周围表面裂纹应力强度因子随几何参数的分布规律。通过分析可知,K形管在腹杆受单向拉力的条件下,腹杆与弦杆的外径尺寸对K形管表面裂纹应力强度因子影响较大,腹杆壁厚、腹杆与弦杆之间夹角则影响较小,为桁架臂起重机的抗断裂设计提供了数据参考。     

基于FTA的发射平台摆杆桁架结构分析

针对发射平台摆杆桁架任务工况要求,结合工程实例,开展FTA分析,建立摆杆桁架结构失效故障树,梳理故障树底事件.利用有限元软件对其底事件进行计算,验证桁架结构可靠性,并提出结构改进优化意见,可为摆杆桁架结构设计提供参考.     

QD9020牵引座多目标优化设计及疲劳分析

根据半挂牵引车QD9020牵引座结构特点,以ANSYS为平台,对牵引座鞍体进行结构参数化建模,并以牵引座在受压、受拉、制动工况下满足强度要求为约束条件,以结构质量和一阶固有频率为目标函数建立了多目标优化数学模型。利用分层目标法对牵引座进行轻量化设计,并通过ANSYS nCode Design Life对优化后的牵引座进行疲劳寿命分析,验证其疲劳可靠性。研究结果表明:优化后牵引座满足寿命要求,且结构质量减轻了20.51%,一阶固有频率提升了14.2Hz,优化效果显著。     

基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计

结构优化用传统的设计方法通常会遇到计算量太大的困难。现以桁架结构形状优化为例,搭建了桁架实物模型,利用ANSYS进行仿真可以减少实验消耗并简化实验操作,应用响应面法可以有效减少试验次数,而再次利用以往经验数据更可以简化响应面法寻找路径的过程,最后进行数学建模,通过MINITAB求出以位移为约束,以质量为目标函数的最优解。设计计算结果表明,对于结构设计这类问题特别是在已有传统经验的基础上,响应面优化设计具有很好的应用价值。     

车载式修井机桁架结构优化及模态分析

为了提高车载式修井机作业设备的强度与工作效率,以辽河油田的工作情况为基础,以车载式修井机作业设备中的桁架作为研究对象,利用有限元分析软件ANSYS对桁架进行建模,并对桁架进行静力学分析,得出其应力与位移的变化;对桁架的结构进行优化,将新结构的应力、位移变化云图与优化前的进行对比,结果表明新结构的安全系数明显增大。最后对桁架进行模态分析,得到桁架的振动频率与主振型,为安全使用桁架提供依据。     

一种圆弧过渡阶梯型超声变幅杆的节点法兰优化与参数型设计

超声波塑料焊接的纵振变幅杆需要易于装夹的无振动法兰,但薄片状法兰不易保证足够的刚度和加工质量,而厚片法兰易造成变幅杆的共振频率偏移,针对上述问题,对一种圆弧过渡阶梯型变幅杆进行了初步设计。在变幅杆的节点位置添加了薄片状法兰,然后对薄法兰的外侧加块,再利用ANSYS Workbench的Shape Optimization工具对块结构进行了优化,实现了在质量增加较少的情况下保证法兰处的强度;之后以两圆柱的长度为设计变量,对变幅杆进行了参数型设计,修正了变幅杆的长度,使其共振频率在19. 75 k Hz～20. 15 k Hz范围内,且节点恰好位于法兰处。研究结果表明:优化后的变幅杆振型呈轴向阶梯型分布,法兰无振动且易于装夹,薄片状法兰式变幅杆质量为0. 85 kg;优化后的变幅杆质量为0. 914 kg,质量增长了7. 5%,等效应力减少了21. 4%,最大主应力减少了59. 6%。     

大变形条件下的预应力索桁架天线结构优化设计

传统预应力索桁架天线结构设计往往依赖于经验设计和非梯度方法。为了提高该类结构的优化设计效率,文中提出了一种大变形条件下的预应力索桁架结构拓扑优化方法。该方法以一种预应力修正下的柔顺度指标作为目标函数,以质量分数和强度作为优化约束,通过归一化方法获得连续的设计变量,实现对索桁架结构的拓扑构型、组件尺寸和预应力数值的整体优化设计。目标函数的灵敏度信息可完全通过解析方法获得。数值计算结果表明,该方法对大变形条件下天线单一工况和多工况预应力索桁架优化设计都具有较好的适用性。     

海洋平台吊机吊臂参数化设计及优化

以某型号平台吊机的吊臂为研究对象,研究了海上作业时最不利工况下的力学分析。并基于APDL语言,以吊臂的主杆、腹杆、钢丝绳的截面参数为设计变量,以各个杆的应力不超过其材料的许用应力为约束条件,以整个吊臂的挂质量为目标函数,经过零阶优化,得到符合约束条件且质量较轻的截面参数,可为平台吊机的轻量化设计提供参考。     

大尺度充气式桁架太阳能阵列设计及动力学分析

提出充气式桁架展开大尺度太阳能阵列结构设计方法,具有热固化复合材料充气铰实现高效折叠收拢,以及展开后提高结构刚度的特性。研制了原理样机,并进行了地面展开试验,验证了充气展开及其充气式桁架的性能。可展开桁架结构设计特色是将可折叠充气支撑管与刚性碳纤维杆相结合使用,减少热功耗并提高结构刚度。考虑可展开桁架的腹管设计以及材料固化前后对大尺度结构动态特性的影响,对太阳能阵列的半结构进行有限元建模,并采用BlockLanczos法求解结构的模态,计算分析了不同激励位置时结构阻尼对结构的振动响应。结果表明,所设计的充气式桁架展开大尺度太阳能阵列采用热固化方法,能实现大尺度结构从柔性大转动展开向高刚度结构特性的改变;且对低频结构具有振动抑制效果,其振动响应能受到激励幅值和载荷的影响,并显著改变结构的动力学性能。     

一种自适应多功能智能管道机器人设计

针对现有管道机器人功能单一、适应性差的问题,设计了自适应多功能智能管道机器人。采用SolidWorks对机器人进行了三维建模,分析了机器人的工作机理,对控制系统进行了研究。采用ANSYS有限元分析软件对支撑结构进行了分析。对变径机构主动轮部分进行了运动学建模,得到了N20电机与管道机器人行进速度的函数关系及N20丝杆电机转速与管道机器人开合灵敏度的函数关系。对机器人外径调节范围和空载行进速度进行了试验,制作了实物样机,经试验测试表明：机器人单节高度为80 mm,质量为0.7 kg,主动轮外径可调节范围为60.16～240.33 mm,空载行进速度为0.21 m/s,主要支撑结构均满足设计要求。该机器人具有结构简单、制造成本低、功能多元、主动适应管径变化的特点,不仅为管道类机器人的创新设计提供了有效解决方案,而且为海洋管道的安全性检测做出了贡献。     

32T随车起重机吊臂有限元分析及优化

以32T随车起重机吊臂为分析对象,以有限元分析软件的Workbench为平台,进行强度、刚度计算,通过分析受力最危险工况,证明吊臂设计满足要求;并在平台中将一节基本臂参数化建模,以减少质量为目标函数,以满足强度、刚度要求为约束条件,对其臂厚进行尺寸优化,计算出最合理的结构,以节省生产成本。     

集装箱侧面吊起重机构优化设计

以集装箱侧面吊理想工况工作条件下机构力学分析为基础，建立了特殊工况工作条件下起重机构优化设计数学模型，编制了优化计算程序，进行了结构优化设计，并分析了该特殊工况危险状态下吊臂的强度。通过样机应力测试结果与优化设计结果的对比分析，为结构的进一步优化提供了依据，其分析结果也可供同类产品设计参考。     

采用多点逼近遗传算法的屈曲约束下桁架拓扑优化

基于线弹性屈曲理论,讨论了杆单元建模及欧拉单杆失稳判据在桁架结构稳定性分析中的缺陷。为更精确地获得桁架屈曲响应,建议以梁单元进行有限元建模,并利用特征值屈曲分析来获取结构各阶失稳载荷因子及屈曲模态。分析了从基结构法出发求解特征值屈曲约束下桁架拓扑优化问题所存在的求解困难与奇异性。为有效求解该类问题,采用了多点逼近遗传算法,对离散拓扑变量和连续尺寸变量进行了联合优化。同时,通过屈曲模态识别、删除杆件屈曲模态过滤、局部约束临时删除等措施,特征值约束下的求解困难和删除杆件在优化过程中的不利影响也得到了克服。数值算例验证了本文结构建模及优化方法的有效性,同时也表明了该方法具有较高的效率,能够凭借较少的结构分析次数来获得优化解。     

基于灵敏度分析和评价方法的喷雾机机架轻量化设计

为了有效地解决喷杆喷雾机机架的生产成本与其工作性能的之间的矛盾,对机架进行多目标结构优化设计。由机架静力学分析结果可知机架有轻量化的空间和扭转工况下的变形量过大的问题。针对机架结构,运用拓扑优化,改进其结构,在灵敏度分析和评价方法确定设计变量的基础上进行机架的多目标的尺寸优化设计并验证优化后模型的强度和刚度,优化后的机架质量减少23.8%和扭转工况下的变形量减小23.7%,证明了此优化方法的有效性。     

塔式起重机臂架优化设计

臂架是塔式起重机的主要承载受力构件,其承载能力直接影响整机的起重性能与安全;桁架是塔式起重机臂架的典型结构形式,臂架稳定性是限制桁架臂承载能力的主要力学问题之一。文中基于屈曲理论对臂架进行稳定性计算,同时通过有限元法讨论了初始缺陷系数对桁架臂最大承载能力的影响,并结合桁臂架破坏试验对其承载能力进行评估。经与试验对比,验证了有限元方法的正确性,说明设计标准中理论计算的保守性与局限性。另外,还采用有限元方法讨论了臂架主弦及腹杆规格、跨数等对臂架屈曲失稳性能的影响,其分析结果可为设计提供参考依据;采用匹配合理的主弦和腹杆截面尺寸以提高桁架式臂架的抗屈曲能力。经对塔式起重机臂架进行匹配优化设计研究,在保障结构安全的基础上,结构实现轻量化为13.5%。