薄壁圆柱壳楔环连接结构优化设计

文中针对薄壁圆柱壳楔环连接结构,开展了基于参数化模型和有限元法的楔环连接结构优化研究,建立了以楔环连接结构的主要几何参数为设计变量、楔环连接结构的附加面积为目标函数的优化模型,采用组合优化策略进行了优化分析。数值算例的结果表明:在组合优化策略的控制下,通过调整设计变量,合理地提升结构应力水平,获得满足尺寸要求、结构承载力要求和附加面积最小的设计方案,使材料性能得到更有效的利用。文中的研究工作为薄壁圆柱壳楔环连接结构设计提供了理论基础,有助于楔环连接结构的设计应用。     

楔环连接结构两种有限元优化设计方案研究

利用APDL语言对ANSYS软件进行二次开发,建立楔环连接结构的参数化有限元模型。为了对该结构进行优化设计,以楔环径向和轴向尺寸为设计变量,以结构最大应力比为目标函数设计结构的增强优化方案,以结构的各件应力比差的平方和为目标函数设计结构的等强设计方案。采用基于共轭梯度法的一阶优化方法求解,增强优化的结果表明,拉伸载荷下结构的最大等效应力降低21.1%,安全系数由1.08提高到1.37,可达到增强设计目的;等强优化的结果表明,优化后结构各件应力比接近,应力比差的平方和从0.600降为0.067,可以达到等强设计目的。实践说明采用非线性有限元法和一阶优化法对连接结构进行优化能够取得预想的效果。     

基于多目标优化的楔环连接结构尺寸设计

有限元方法与最优化方法是工程设计与分析的两个常用方法,将两者结合起来,可以很好地实现楔环连接结构的多目标优化设计.基于响应面法确定楔环连接结构的4个几何参数的各种组合样本,利用有限元分析软件ANSYS时不同参数组合样本的楔环连接结构进行应力场分析,然后以既降低结构最大应力又减轻结构质量为目标,通过MAT-LAB中的多目标优化设计工具计算得到楔环连接结构的4个几何参数的最优值.数值计算结果表明,优化几何参数后的楔环连接结构比原结构最大应力下降13.6%,质量下降12.5%.     

薄壁圆筒楔环连接结构承载能力研究

楔环连接是一种用于薄壁筒间的连接方式,这种连接方式与过去采用的斜螺钉连接、螺环连接等连接方式相比有很多突出的优点.楔环连接结构的工作原理进行了深入的讨论研究,并基于AN-SYS软件进行了建模和承载能力计算仿真.仿真结果能够为楔环连接方式的设计分析与优化提供理论依据.     

航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。     

陶瓷镶块与铝合金全包容压铸连接的应力分析及结构优化

对陶瓷摇臂中陶瓷镶块与铝合金基体的连接方法进行了探讨，设计了倒楔角式的陶瓷镶块，采用铝合金压铸的方法将陶瓷镶块与铝合金基体连接起来，形成全包容的连接结构，对压铸过程中陶瓷镶块所受热应力进行了分析，并与把柄式结构在压铸过程中陶瓷镶块的受力情况进行了比较，证明全包容倒楔角式陶瓷镶块在压铸后受压应力作用，从而极大提高了陶瓷镶块工作的可靠性。     

基于模拟退火算法的液压楔式制动器优化研究

为了解决传统重载车辆鼓式制动器设计余量较大、制造成本较高的问题,以新型液压楔式制动器为研究对象,推导建立楔式制动器制动力矩、制动鼓表面平均温度、最高温度表达式,并以此为优化对象结合模拟退火算法,对液压楔式制动器进行结构优化,最后通过有限元计算与试验验证手段对优化后楔式制动器模型进行验证。分析结果表明,优化后的液压楔式制动器各关键部件应力值均满足材料使用要求,优化后的液压楔式制动器在不同制动压力和制动初速度条件下相对于优化前制动器制动效能稳定性较高。     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重，降低动力系统能耗，提高控制响应速度，文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先，选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样；其次，采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面，代替有限元模型提高计算效率；最后，以主臂米塞斯应力为约束边界，以主臂轻量化为优化目标，采用蒙特卡洛法求解优化问题，得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中，验证优化结果的正确性。优化后，主臂总质量降低28%，达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计，提供了良好工程案例。     

基于响应面法的双楔角环垫螺栓法兰接头多目标优化研究

双楔角环垫螺栓法兰接头作为一种新型自紧式密封结构,不仅密封性能稳定可靠,而且法兰结构紧凑、重量更小,可以节省大量材料。将有限元法和最优化方法结合起来,可以很好地实现双楔角环垫螺栓法兰接头的多目标优化设计。采用正交试验设计和响应面法来确定法兰结构参数的几何尺寸组合,利用大型有限元分析软件Abaqus对法兰不同结构参数进行建模计算,并拟合响应面模型,然后通过MATLAB优化设计方法,得到法兰最优尺寸参数。计算结果表明,优化后的双楔角环垫主面最大接触压力增加26.5%,双楔角环垫从面最大接触压力增加11.2%,法兰重量减轻31%。     

弯矩作用下双楔角环垫法兰接头的密封性能

螺栓法兰接头除受管道内压外,还承受外弯矩的作用,且外弯矩导致的变形及转角通常是直接导致法兰接头密封失效的主要原因。为研究外弯矩作用下双楔角环垫法兰接头的密封性能,以某轻量化双楔角环垫法兰接头为研究对象,利用ABAQUS有限元软件建立其有限元模型,分析在外弯矩作用下该轻量化双楔角环垫法兰接头的密封性能。结果表明:弯矩的作用使垫片应力在周向分布不均匀;随着弯矩增加,主、从密封面的最大接触应力也随之增大,环垫主面有效密封宽度明显增加,从面有效密封宽度先小幅下降后增大;随着弯矩的增大,法兰转角也有所增大,轻量化法兰最大偏转角度约为0.005°,远低于ASME规范中要求的0.3°。根据JB 4732对该轻量化双楔角环垫法兰进行应力强度评定,证明其满足使用条件。     

基于参数化有限元模型的爪弹簧优化设计

阐述了ANSYS软件First Order Optimization Method(FOOM)的基本原理.采用ANSYS parametric design language(APDL)对爪弹簧进行参数化建模,利用FOOM对其刚度及应力进行有限元优化分析,优化结果爪弹簧刚度提高约81%,最大Mises等效应力约降低54%.实践表明,有限元方法结合优化设计对选择结构方案具有显著效益.     

钹型阵列式压电俘能器的参数优化设计与实验

基于参数优化理论,对钹型阵列式压电俘能器进行结构参数的优化设计。首先确定钹型堆叠阵列的结构形式并建立其参数化有限元模型,选择结构参数作为设计变量,并以压电陶瓷电极面上产生的电压作为目标函数。然后采用ANSYS优化设计模块中的子问题近似法,利用ANSYS的参数化语言APDL编程以实现对模型的结构优化。最后根据优化结果制作了钹型阵列式压电俘能器。实验结果表明：在外部激励不变的情况下,优化后压电俘能器产生的电压幅值提高了87%。     

Structure optimization for magnetic equipment of permanent magnet retarder

The main purpose of this research is to perform a magnetic analysis on the magnetic equipment of permanent magnet retarder (PMR) and optimize the structure of magnetic equipment with the commercial FEM software ANSYS and its design optimization module. The FEM model is built as an axisymmetric model according to the characteristics of the structure of magnetic equipment. Using this model, the magnetic field distribution and magnetic force are calculated by ANSYS. The mathematical model of structure optimization is also built. The design variables are structural parameters including the dimensions of permanent magnets and magnetic yoke, and the objective function is the magnetic force. The unconstrained optimization model takes the maximum value of magnetic force as the objective. A first-order optimization method is used to determine the optimum design of this problem. The optimization process works entirely with the ANSYS parametric design language (APDL). The design tools are used to understand design space and the behavior of the dependent variables. It is shown that designing a structure with the ANSYS optimization module and its design tools is an effective means to improve the structure.     

某机翼结构细节抗疲劳优化设计

针对某型飞机在使用过程中中外翼下壁板产生的裂纹故障，根据故障产生的原因，运用优化设计方法，建立以该部位疲劳寿命和结构增加重量为优化目标的数学模型；改进机翼下壁板故障部位的结构设计；对比分析优化前后结构的寿命。使该部位结构的改进设计在重量增加较少的条件下，疲劳寿命较长，满足飞机的实际使用。     

SWC620型万向联轴器叉头结构强度有限元分析

使用通用有限元分析软件ANSYS分析SWC620型万向联轴器叉头结构强度。分析结果指出了最危险工况下叉 头强度不足之处及其最大应力。对根据初始分析结果修改后的叉头再设计并进行分析,结果表明,强度提高。实践证 明,分析结果和实际情况基本相符。     

三级齿轮减速箱动态特性分析与结构优化设计

运用有限元工具建立某型起重机用三级齿轮减速箱动力学模型,在考虑传动误差和轴系变形的条件下对整机进行动力学特性分析,并提出结构优化设计方案。     

面向正向概念设计的车身T型接头快速优化

在车身概念设计阶段,提出了面向正向概念设计的T型接头的快速优化方法。该方法不依赖CAD模型,直接利用接头截面信息,快速建立由隐式参数驱动T型接头更新的全参数化模型,并建立了自动的T型接头多目标优化流程。以某车型B柱下接头为例,在满足强度、刚度要求的约束条件下,快速设计出以侧面碰撞性能和质量较优为目标的T型接头结构。优化结果根据冲压工艺和造型要求进行适当调整后,应用到实车中。