基于均匀化理论的微小型柔性结构拓扑优化的敏度分析

介绍微小型柔性结构在ＭＥＭＳ中的应用前景及连续体结构拓扑优化的一般方法。在此基础上探讨利用均匀化理论,有限元及伴随变量法计算连续体结构拓扑优化敏度应的方法,并取得较为理想的数值计算结果。     

基于HyperWorks的回转台承载框架结构分析与优化

本文论述了HyperWorks的RADIOSS解算器和OptiStruct优化模块在风洞架车的回转台承载框架结构分析与优化中的应用,使用RADIOSS对初始设计方案进行分析,将计算得到的性能参数与实验要求进行比较,进而采用OptiStruct寻找到载荷传递路径,对结构进行优化,在同时满足多工况使用需求下,实现了轻量化设计。     

基于拓扑优化的加工中心十字滑台结构设计

基于零件结构静态和动态性能及轻量化的总体设计目标,利用结构拓扑优化方法完成了立式加工中心十字滑台的结构设计,解决了零件结构静、动刚度不足问题及质量过重导致的机床加速性能不良等问题。首先,详细分析了十字滑台的工况。其次,针对同时满足十字滑台具有良好的静动态性能并减轻其质量的设计需求,采用结构的柔度最小和基频最大为目标函数以及体积比为约束的多目标、多工况的结构拓扑优化方法,进行了十字滑台的结构拓扑优化设计,获得了其结构构型。最后,分析并对比了十字滑台新结构和原有结构的刚度、固有频率、质量及机床加速性能,验证了新结构具有良好的性能。     

基于拓扑优化的发动机支架的结构设计

在Hyper Mesh中建立了汽车发动机的安装支架有限元模型,利用Radioss求解器进行强度分析计算。运用Opti Struct优化分析软件对发动机支架在满足最危险工况的要求下进行了拓扑优化,根据拓扑优化的结果确定支架的材料合理布局方式,最终在满足设计要求的情况下成功确定了合理的设计方案。     

基于拓扑优化与正交实验设计的结构设计

针对机械结构力学性能的要求、优化设计的要求,采用一种联合应用了拓扑优化与正交试验设计的设计方法,该方法中拓扑优化的目的是经拓扑优化而得到材料分布的理想结构,从而避免经验设计,同时因拓扑优化的结构复杂、曲面难于加工,拓扑优化后必须进行以拓扑优化结果为基础的,并考虑了加工工艺的初始结构设计,因此该方法中采用正交试验法对考虑了可加工性和经济性而对拓扑结构进行调整的结构进行参数化和优化,并在求解最优解的同时科学、有效的减少了计算量,从而形成最终的结构设计。结构设计中具有类似设计要求的设计,可以借鉴该方法或参照该方法得以解决。     

轻质高强类蜂窝夹层结构力学性能分析及优化

创新构形类蜂窝夹层结构相比于传统六边形蜂窝夹层结构,具有更好的力学性能.本文以类蜂窝夹层结构的面板层厚度tf、夹芯层厚度c及胶粘剂层厚度ta为优化参数,采用多目标遗传算法对类蜂窝夹层结构各项力学性能进行优化设计.分析了各厚度参数对夹层结构的力学性能的影响情况,同时探讨了参数协同作用下,各层厚度对力学性能的敏感程度,并根据实际工程应用情况对优化解进行折中选择.研究发现:与优化前的初始值比较,优化后的类蜂窝夹层板在x轴向等效弹性模量增长了8.17％,z轴向等效弹性模量增长了63.08％,xz面内等效剪切模量增长了19.82％,xy面内等效剪切模量减小了26.11％,弯曲刚度增长了45.31％,扭转刚度增大了69.83％,总重量减小了8.26％,较好地改善类蜂窝夹层结构的各项力学性能.该研究为夹层板结构优化设计提供了一定的参考依据,具有重要的创新意义和实用价值.     

蜂窝夹层结构夹芯层的近似设计方法

为了得到合理的能满足不同性能要求的蜂窝夹层结构夹芯层构型,提出一种夹芯层的近似设计方法,通过建立多约束拓扑优化模型,在综合考虑可制造性原则的前提下,对不同体分比下的拓扑优化结果进行近似设计,得到蜂窝夹层结构夹芯层的基本胞元构型,并运用有限元方法对所设计的胞元构型进行性能分析,以进一步验证、修改和完善。最后以电动车底盘甲板为对象,运用Abaqus,实现其蜂窝夹层结构夹芯层的近似设计过程和性能分析,结果表明,在整体重量大幅度减轻的同时,刚度和强度性能也得到了较好的满足。     

基于拓扑优化的扇贝脱壳机结构设计

以扇贝脱壳机为分析对象,运用拓扑优化实现轻量化设计目标.在ANSYS Workbench中针对脱壳机实际载荷工况,进行强度、刚度分析,获得相应应力和变形分布云图,确定结构优化区域.基于仿真分析结果,为保证优化后的脱壳机强度、刚度仍能满足实际工况,应用变密度法进行拓扑优化设计.对优化后的脱壳机重新进行强度、刚度分析,分析...     

基于拓扑优化的天线座叉臂结构设计

针对某雷达天线座叉臂结构刚度不满足设计要求的问题,提出了将连续体结构拓扑优化方法应用到叉臂结构优化设计中,通过优化,确定满足刚度要求、重量最小化的叉臂结构中材料的最佳分布形式,并以此为依据对原设计方案进行了改进设计,仿真结果表明,改进后的叉臂结构刚度得到明显提高.     

兼具吸能和承载特性的梯度结构宏细观跨尺度拓扑优化设计

理想的碰撞吸能结构在吸收碰撞能量的同时应具备一定的承载能力,更好地保护人员及设备安全,而现有方法一般仅从宏观或细观单一角度进行碰撞吸能结构设计,不能很好地兼顾吸能和承载需求。构型呈梯度变化的梯度结构具有很好的碰撞吸能特性,故本文利用宏细观一体化设计思想,从宏观结构和单胞构型的两个方面出发,以结构刚度表征承载特性,负泊松比表征吸能特性,提出了兼具吸能和承载特性的梯度结构宏细观跨尺度拓扑优化方法。在宏观尺度,基于功能梯度及聚类分析思想,研究出具有刚度梯度特性的结构宏观区域划分优化方法;在细观尺度,基于能量均匀化理论建立了以结构刚度和负泊松比为目标函数的多目标拓扑优化模型。对优化得到的结构吸能与承载特性进行测试与分析,结果验证了所提出的方法能够有效地应用于防撞结构设计。     

类蜂窝夹层结构的力学特性研究

创新设计的类蜂窝夹层结构具有良好的力学性能、吸能特性和更大的设计空间.目前大多研究是将夹层结构的胶粘剂层的厚度忽略不计,并且将整个夹层结构的厚度约等于夹芯层的厚度来进行相关力学性能参数的计算.本文基于Gibson夹层结构胞元理论,考虑胶粘剂层的影响因素,对类蜂窝夹层结构进行力学性能分析;运用复合材料力学和材料力学理论以及应变能等效原理推导出类蜂窝夹层结构的等效力学性能、刚度和等效密度计算公式.本文的研究结论可望为进一步研究新型蜂窝夹层结构提供相应的理论支持.     

应用拓扑优化理论进行结构概念设计

介绍了将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成,应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化.优化结果为结构详细设计阶段提供了设计优化区域和原型.     

基于Altair-OptiStruct的客车车身结构拓扑优化设计

采用Altair-OptiStruct对某型客车车身结构进行拓扑优化计算,实现客车车身结构轻量化设计。根据优化空间最大化的原则,建立车身拓扑优化模型,然后分别对弯曲工况和弯扭组合工况进行车身结构拓扑计算,最后对新的车身结构性能进行验证评价。结果表明:拓扑优化后的车身骨架性能得到了提高、质量减少3.8%,优化结果可为客车轻量化设计提供参考。     

考虑连接性的三明治阻尼复合结构拓扑优化设计

三明治阻尼复合结构的力学性能取决于阻尼层材料的性能,综合考虑该结构的阻尼性能和可制造性要求,提出了一种面向结构宏观性能并考虑连接性的三明治阻尼复合结构拓扑优化设计方法。以最大化结构模态阻尼比为目标,考虑微结构刚度相材料的连接性,通过组合强制性连接约束法和非线性扩散法,构建了连接性约束下的阻尼复合材料微结构的优化设计模型,并结合3D打印技术实现了三明治阻尼复合结构的制造。运用所提方法对典型结构进行优化设计,得到了刚度相保持连接的阻尼复合结构,且优化后的结构阻尼变大,结构的频率响应变小,实现了三明治阻尼复合结构材料结构设计制造协同优化设计。仿真和实验结果表明,在微结构上存在最优的阻尼材料体积分数使优化后的三明治结构频率响应最小。     

基于 Ａｌｔａｉｒ- ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ标准型动车机箱 结构拓扑优化设计

利用 Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ软件对标准型动车机箱结构进行了有限元分析,通过分析充电机机箱多种承 载工况,确定各工况的最优权重系数,进行了结构的综合目标设计优化,最终得出蒙皮加强筋的最佳布局型 式,其一阶模态频率提高了５６．１８％。同时为了保证机箱静动态承载性能的前提下对机箱部件进行拓扑优 化,部件质量减重２．１０ｋｇ。本文对机车充电机机箱结构的优化研究具有一定的工程意义和参考价值。     

基于OptiStruct的梁结构优化设计

针对国内梁结构优化设计应用研究领域的不足,利用有限元及CAE计算机仿真技术对梁的截面进行以减轻质量为目标的结构优化分析。首先利用Hypermesh进行梁截面的网格划分,其次考虑梁截面的受力方向不同,使用OptiStruct进行模式重复情况下的拓扑优化。最终依据优化结果,对梁截面进行二次设计和工艺优化,以获得满足挠度条件的最轻梁结构。得出了利用有限元及CAE计算机仿真技术进行梁结构优化的一般思路和可行的办法。     

隐式功能函数结构体可靠性拓扑优化

考虑工程实际中外载荷、材料属性等的随机不确定性对结构安全性的影响,研究了具有结构位移可靠性约束的拓扑优化设计。建立以柔度最小为目标、以单元相对密度为变量、具有材料体积分数约束和结构位移可靠性约束的拓扑优化数学模型;针对运用有限元数值计算方法时结构功能函数为隐式的情况,运用响应面法近似逼近结构真实的功能函数;利用简便高效的一次二阶矩法计算结构位移可靠度;采用内循环为确定性的拓扑优化、外循环控制结构材料体积分数的策略对连续体结构进行可靠性拓扑优化设计。通过两个算例与确定性拓扑优化结果进行比较,结果表明所提设计方法是高效可行的。     

周期性圆环结构的拓扑优化设计

基于拓扑优化方法开展了周期性圆环结构的构型优化设计,分析了不同载荷工况下不同子结构数、内外半径比和内外蒙皮厚度对优化结果的影响规律。结果表明:周期性圆环结构具有明显的尺寸效应;相同体分比下,子结构数较少时优化结构刚度较高,但优化构型变动大;随着子结构数增多,结构刚度减弱并趋于极限值,优化构型稳定不变且受内外半径比和蒙皮厚度变化影响很小;而不同工况下,可忽略尺寸效应的临界子结构数存在差异,蒙皮厚度变化对结构效率的影响不同。