搭接焊缝对铝合金焊接结构轻量化设计的影响

为研究熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）搭接焊缝的引入对铝合金焊接结构轻量化设计结果的影响,根据焊缝拉伸试验建立了焊缝的壳单元等效模型,并将其嵌入到基于结构参数化模型多目标优化的轻量化设计方法中。结果表明：在考虑焊缝影响后,设计结果满足目标需求并且更接近工程实际,同时还实现了焊缝处应力的合理分布以及更理想的焊缝布局,但质量有所增加。因此,考虑了MIG焊搭接焊缝影响的铝合金焊接结构轻量化设计具有更好的工程实际应用意义。     

基于ANSYS参数化语言的发动机连杆设计

为了使发动机连杆在设计时质量轻、工作可靠,基于ANSYS的参数化设计语言建立发动机连杆的参数化模型,对连杆工作状况和受力情况做出合理简化;利用ANSYS的优化设计技术,在满足最大应力值约束条件下,使连杆设计参数合理组合,最终达到连杆轻量化的设计目标,同时优化后连杆的模态和谐响应分析满足设计要求.     

基于混合元胞自动机的护栏防撞端头设计

为提高护栏防撞端头的防撞等级,结合正交试验设计思想,在建立长度不一的防撞端头吸能空腔的等效拓扑优化模型基础上对防撞端头进行设计。基于混合元胞自动机方法进行耐撞性拓扑优化分析,得到几种不同吸能空腔结构的截面拓扑构型,分析不同截面拓扑构型的吸能能力,确定最佳拓扑构型。结果表明:根据耐撞性拓扑优化获得的最佳截面拓扑构型设计的防撞端头,能够满足100 km/h失控车辆的碰撞要求,提高了现有防撞端头的防撞等级;防撞端头总长不超过4 m,实现了护栏防撞端头的小型化、轻量化设计。     

无副车架自卸汽车车架多目标轻量化优化

为了进行无副车架自卸汽车车架轻量化设计，本文应用有限元分析软件，建立无副车架自卸汽车车架有限元模型。对扭转工况下车架结构强度进行有限元分析，得到车架应力分布，并对车架进行模态分析，根据车架结构强度的有限元计算结果，对安全系数较高的结构件进行灵敏度分析，确定优化设计变量。采用最优拉丁超立方法进行样本采集，建立Kriging近似模型，以质量和最大应力最小作为目标，以一阶模态频率为约束，基于NSGA-II算法对自卸汽车车架进行多目标优化设计。优化结果表明，在保证车架模态频率的情况下，质量减小了15.55%,最大应力减少了1.55%。该优化方法满足设计要求，具有较好的轻量化效果。     

计及蜂窝芯层的垂直轴风力机叶片主梁结构优化设计

针对主梁采用蜂窝芯层后垂直轴风力机叶片会出现重量激增的问题,提出通过主梁的结构优化来达到叶片轻量化设计的目的。利用Fluent软件计算叶片的气动力,应用多项式拟合分别建立主梁结构参数与叶片的质量、最大等效应力的响应面方程;以叶片的质量最小为设计目标,利用遗传算法优化腹板的位置和厚度以及蜂窝芯层的厚度、胞元斜壁长,研究优化前后叶片在额定工况下最大的位移、应力和应变。结果表明：优化后叶片的质量减少了8.14%,且位移、应力和应变分别减少3.92%、29.39%和35.32%,结构性能得到明显提高。     

某桁架自动检测装置结构有限元分析与优化设计

为提升桁架的性能指标,本文主要对某桁架自动检测装置进行结构有限元分析与尺寸优化设计。基于试验设计方法对其进行静力学有限元分析,借助响应面模型,获取结构应力与应变的最大工况位置点。同时,采用多岛遗传算法,对其进行桁架截面形状尺寸优化设计。研究结果表明,通过对桁架截面尺寸下的真实应力与应变数值进行比较,应变为0.002 93 m,拉应力为7.11 MPa,压应力为6.40 MPa,满足实际工作要求和材料的强度要求;在保证结构刚度强度指标的基础上,实现结构减重8.04%,桁架检测装置的质量得到大幅度优化,满足桁架轻量化设计要求。该研究在工程领域具有广阔的应用前景。     

高载荷比卫星的结构轻量化设计方法

为解决高载荷比卫星轻量化设计问题,本文对以蜂窝夹板层结构为主的卫星结构轻量化设计开展研究。对蜂窝夹层结构等效理论进行了修正和灵敏度分析,提取出影响结构板刚度和质量的主要参数;根据工程研制需求对结构参数进行优化分析;基于有限元方法进行了仿真验证。仿真结果表明:利用修正后的蜂窝夹层等效公式,计算刚度结果误差由3%降低至1%,验证了等效理论正确性。经过参数优化后的结构分系统重量减少41.6%,达到了轻量化设计目的。利用该方法设计的"新技术试验E星"已发射入轨,为后续工程实践提供了一定的参考。     

外骨骼机器人膝部三铰点零件轻量化研究

为了满足康复训练外骨骼机器人的结构轻量化要求,提出了拓扑优化与响应面法相结合的结构优化方法,通过对某康复训练外骨骼机器人膝部三铰点进行了轻量化研究与多目标优化设计,利用拓扑优化工具对其零件进行初步优化,然后以质量、最大位移及最大极限应力为目标,以零件尺寸为设计变量,进行多目标优化设计。结果表明,在满足刚度和强度的前提下,2次优化后的三铰点零件质量减轻了26.14%,为康复训练外骨骼机器人的轻量化与实用性研究,提供了新的途径。     

基于有限元的活塞优化设计分析

为满足活塞高速化和轻量化设计的要求,需要在满足强度要求的前提下对内燃机活塞进行优化分析与设计.论文采用基于有限元的优化设计方法,首先分别对活塞进行有限元分析,然后分析活塞的两个尺寸参数对活塞应力及变形的影响,找出影响比较大的尺寸参数,然后以活塞的质量最小作为目标函数,对此活塞进行了优化设计.经过优化,活塞在满足最大应力值不超过许用应力极限的情况下质量达到了最小,达到了设计要求.     

基于最大正应力的水轮机顶盖轻量化优化设计

顶盖是水轮机中起承载和过流双重作用的重要部件.以混流式水轮机顶盖为研究对象,建立有限元模型,对其强度、刚度和动力特性进行仿真分析.以最大正应力和刚度两种设计指标作为约束条件,对顶盖进行以质量最小为目标的优化设计,提出轻量化目标优化方法.根据仿真分析结果,确定顶盖结构改进方案.优化后顶盖的最大应力及最大位移均有所降低,各阶固有频率相应提高,动力特性得到明显改善.轻量化优化设计使水轮机顶盖结构的质量减轻250 kg,减重率达13. 2%,实现了轻量化目的.     

基于正交试验新型钢-混组合板梁桥结构参数优化

针对新型钢-混组合板梁桥结构设计参数优化问题,基于正交试验设计方法,选取钢板梁梁高、腹板厚度、混凝土桥面板厚度和强度等参数,设计16组试验,建立以跨中挠度、钢梁最大应力、桥面板最大拉应力以及自重为指标的综合优化目标函数,分析桥梁设计参数敏感性,获得了最优设计参数组合。结果表明,30m跨径桥梁设计参数敏感性顺序为:钢板梁梁高>桥面板厚度>桥面板强度>腹板厚度;最优方案为钢板梁梁高1.44m,桥面板厚度0.2m,混凝土强度C80,腹板厚度16 mm。与对比方案比较,恒载减小18.9%,钢板梁最大应力减小了46.1%,桥面板最大拉应力减小11.7%,跨中挠度减小58.3%。相关研究为新型钢-混组合板梁桥结构设计参数优化提供计算依据。     

考虑碰撞工况的车架轻量化设计

针对车辆行驶安全的前提下结构的轻量化设计问题,本文以某公司城市客车为研究对象,利用Solidworks软件简化模型,进行参数化设置,并导入Workbench中进行正面碰撞仿真,得到优化前车架变形量。选取车架7个横梁结构尺寸作为优化变量,以车架质量最小作为优化目标,以最大应变作为约束,结合Kriging近似模型和NSGA-Ⅱ算法,对车架进行多目标优化,得到Pareto前沿解集,从中选取最优解验证其车架的轻量化效果。研究结果表明,客车车架质量减轻了8‰,碰撞产生的变形满足碰撞要求,优化效果较好。该研究具有一定的实际应用价值。     

客车底盘结构安全性分析与轻量化设计

传统车辆设计与优化依赖专家经验,导致开发周期长、人力物力消耗大,难以紧跟市场需求,而有限元技术的发展为车辆结构设计与优化提供丰富的手段. 本研究以某客车底盘车架为对象,以操稳及结构安全性为导向,对车架进行轻量化设计. 首先,对客车底盘进行了有限元模型建立与简化. 在此基础上,进一步定义了载荷加载方式和计算工况. 其次,结合工程实际,对当前底盘车架进行改进后,明确目标函数、约束条件与变量,提出了优化方案对底盘进行轻量化设计. 通过模态分析、应力分析与变形分析,对弯曲、制动及转弯工况下的优化方案进行了验证. 结果表明,所提出的优化方案在满足车辆动态性能基础上,有效实现了轻量化优化,提升了操稳及结构安全.     

基于疲劳寿命的轿车后悬架扭转梁轻量化设计

以某国产轿车后悬架扭转梁的轻量化为研究目标,利用多体动力学软件建立考虑后悬架扭转梁柔性的整车刚柔耦合模型,并通过扭转梁自由模态试验和整车行驶平顺性实车道路试验验证了模型的正确性。在耐久性强化路面上进行整车动力学仿真分析,计算扭转梁模态位移时间历程,通过模态应力恢复得到扭转梁应力时间历程,并采用名义应力法进行疲劳寿命分析。基于网格变形技术建立扭转梁参数化模型并定义设计变量,以质量和疲劳寿命为优化目标,以一阶扭转模态频率和扭转刚度为约束条件,结合Kriging近似模型和多目标粒子群优化算法对扭转梁进行多目标优化设计,获取Pareto最优解集,并选取一个最优解验证扭转梁轻量化效果。结果表明,在使疲劳寿命满足设计要求的同时,优化后扭转梁质量减少20.35%,轻量化效果比较明显。     

基于Pro／Mechanica某产品测试仪结构优化设计分析

通过有限元分析方法建立的机械结构系统分析模型已成为理论建模中重要的方法之一。基于Pro／Mechanica对某产品测试仪产品的结构设计进行有限元分析,对设计参数进行灵敏度分析及优化设计,建立以最大应力为目标函数、以应力极限为约束的优化数学模型,对其设计参数尺寸进行优化设计。通过优化设计,将产品设计与三维仿真及有限元分析系统有效地结合起来,可在满足精度要求的同时,满足产品设计的高效、低成本、自动化等要求。     

DN80型燃气电磁阀可靠性分析及结构优化设计

燃气电磁阀是燃气系统中重要的零件,在设计研发阶段对其进行可靠性分析和结构优化是必要的.基于Unigraphics NX软件建立了其三维模型,结合Ansys workbench的geometry几何模块和static structural静力分析模块对其进行有限元分析,得到其等效应力云图和变形最大值及其位置和可靠度数值,发现其等效应力位置和变形最大位置出现应力集中现象,对该关键位置进行结构优化,并进行有限元分析发现,通过结构优化,等效应力由65.797 MPa降低为13.575 MPa,最大的变形量为由0.11092 mm降低为0.0043326 mm,可靠度由0.942提高到0.995,优化后的电磁阀整体性能得到提高.研究方法为燃气电磁阀的设计与优化提供了依据,节省研发成本,缩短设计周期.     

折纸超结构准静态压缩力学性能分析与优化设计

为了改进折纸超结构的构型设计,基于Miura折纸原理设计了一种超结构.利用数值仿真分析方法研究了面外准静态压缩力学性能,探讨了折纸超结构的边长比、单元角度、展开角度以及厚度对其压缩过程的变形及能量吸收的影响规律.引入主次影响分析方法,比较了几何参数对力学性能指标的重要影响程度.基于响应面方法,建立了以初始峰值力最小和比吸能最大为目标、以几何尺寸为约束、以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量的优化模型,并采用非支配排序遗传算法对优化模型进行了求解,获得了Pareto前沿最优解.研究结果对于提高折纸超结构的力学性能及构型设计具有一定的理论指导意义.     

基于Isight硫化罐卡箍的结构优化设计

应用CAE软件Proe、Ansys和协同优化设计软件Isight,构建了基于Isight的协同优化设计平台,利用这一平台并基于分析设计的思想,完成了对硫化罐卡箍的结构优化设计。研究表明：在不增加硫化罐卡箍质量的前提下,通过改进其结构参数可以显著改善卡箍的受力状况,最大当量应力可由213.05 MPa降至148.349 MPa,降幅达30.37%,从而为硫化罐卡箍的轻量化设计提供了依据。     

基于Optistruct的电池包箱体优化设计

本文基于ANSYS Workbench平台对电池包箱体进行静、动态有限元分析,找到箱体结构的薄弱位置。 采用Optistruct软件,运用形貌优化和复合材料优化技术对箱体进行优化设计,得到了在箱体上盖设置的凸包结构的最优几何参数和平面布局,并构建了优化后上盖的三维模型,同时得到下箱体各层组的厚度分布情况及最优厚度。经验证,优化后箱体最大变形量较优化前降低了82%,刚度提升显著,最大等效应力降低了70%,箱体强度得到明显改善,其一阶固有频率为32.5Hz,可避免共振情况发生,优化后箱体重量减轻了67%。优化后电池包箱体对动力电池安全工作能起到更有效的防护作用,且轻量化效果显著,此研究为进一步分析实际电池包箱体结构奠定基础。     

筒子染色机染缸碟形封头的可靠性优化设计

染缸的碟形封头对筒子染色机使用的安全可靠性有着极其重要的影响。以筒子染色机染缸碟形封头为研究对象,采用ANSYSWorkbench软件对其进行参数化建模和有限元分析;通过灵敏度分析得到了影响其等效应力和总变形的关键参数,利用实验数据法和多目标驱动优化方法对封头的结构尺寸进行优化设计;建立考虑应力和变形相关性的可靠性计算模型,运用6西格玛设计准则和拉丁超立方体抽样方法,得到了最大等效应力和最大总变形的概率分布,得出了优化前后封头的可靠度,并且优化后可靠度有明显提高。