基于有限元对卸料机翻转框架的轻量化设计

目的以翻转框架为研究对象,采用有限元对其进行轻量化设计,在满足强度和工作性能的条件下最大程度地减轻其质量。方法针对翻转框架的实际工况,利用拓扑优化和尺寸优化对翻转框架进行轻量化设计。在满足工作性能和翻转框架强度的基础上,对在上料工况和极限工况下的翻转框架进行强度分析,基于分析结果,对翻转框架先后进行拓扑优化和尺寸优化,并对比分析优化前后翻转框架的强度情况。结果优化后的翻转框架强度满足要求,其减重幅度达到了17%。结论设计出的卸料机翻转框架结构满足其强度和工作性能的要求,并达到了较好的轻量化效果。     

基于有限元法的电热水器缓冲衬垫轻量化设计及优化

以某品牌电热水器缓冲衬垫为对象,对其进行了裸装水平堆码下的静力分析,结果表明,衬垫结构安全可靠。为了节省材料,对衬垫结构进行了轻量化改进设计,研究发现这种改进措施有效。同时,为了获得这种改进措施下的最佳设计参数,对其进行了多目标优化设计,并得到了一组最优解,使得优化后的衬垫在保证结构安全的情况下,其质量较原始结构下降了1.32%。     

基于ANSYS Workbench 液压支架顶梁多工况结构优化与静力分析

目的优化尺寸参数,最大程度减小质量,实现顶梁的轻量化。方法利用ANSYS Workbench对液压支架顶梁进行了参数化建模,对其多种工况进行了多目标优化设计。结果研究结果表明,优化结果符合设计要求,顶梁在3种工况满足刚度和强度的同时,质量分别减轻了10.4%,9.59%,4.26%,实现了轻量化。在此基础上,对顶梁的多工况进行静力学分析,检验了优化的效果。结论顶梁结构的最大等效应力减小,应力分布更加合理。     

重组竹在新中式家具造型设计中的应用

目的分析重组竹在现代新中式家具中的造型方法。方法以重组竹特性以及中国传统文化思想为理论基础,结合大量的新中式家具例子,从形态设计以及装饰设计两个方面对重组竹新中式家具的造型设计进行研究。结论重组竹与新中式家具的结合,既充分发挥了重组竹材料的优点,又合理实现了新中式家具的基本造型特征,是新中式家具造型设计的一种创新工艺。     

基于Ansys的纸浆模塑成型设备吸浆模支架轻量化设计

目的利用有限元分析软件Ansys对纸浆模塑成型设备吸浆模支架进行轻量化设计。方法首先运用APDL建立了支架参数化有限元模型,对其进行了静力分析,结果表明,支架强度存在较大富裕,具有轻量化的优化空间;选取支架许用应力作为状态变量,支架总质量作为优化目标函数,基于Ansys Design Opt模块,采用一阶优化方法对支架进行了轻量化设计。结果优化后,支架总质量降低了33%,节约了生产成本。结论提出了纸浆模塑吸浆模支架结构轻量化的优化设计方案。     

圆柜内机缓冲衬垫多目标优化设计

目的 基于有限元软件研究圆柜内机包装件静态载荷下的力学特性，并进行多目标优化设计。方法 利用CREO建立三维模型、ANSYS Workbench建立有限元模型，对圆柜内机包装件进行静力学分析。以上缓冲衬垫的5条筋条厚度和2侧壁厚作为设计变量，以上缓冲衬垫的质量、包装件的最大变形量和最大等效应力作为目标函数建立优化模型。基于OSF试验设计方法和Kriging模型，采用多目标遗传算法进行多目标优化设计。结果 优化前的包装件最大变形量为1.511 3 mm，最大等效应力为0.327 6 MPa。优化后包装件的筋条和侧壁厚度显著降低，上缓冲衬垫质量减少了27%，整体强度无显著降低。结论 建立的多目标优化设计方法合理且Kriging模型精度较高，在保证缓冲防护效果的基础上，实现了轻量化设计，降低了包装成本。     

基于灵敏度及层次分析法的键合头多目标结构优化

为满足保证键合头动态特性、避免共振条件下达到结构轻量化设计要求,提出基于灵敏度计算参数优选及基于层次分析法最优解提取相结合的多目标优化设计方法。通过有限元仿真计算与模态实验结合研究键合头动态特性验证有限元模型精度。针对拾取臂部件设计参数进行灵敏度分析并提取优化设计变量。用多目标遗传优化算法对拾取臂以一阶固有频率、结构质量为目标优化计算,用层次分析法优选出最佳优化方案。结果表明,优化后拾取臂一阶固有频率提高27.1%,结构质量减轻8.9%,且键合头已避开共振频段达到设计要求。该研究方法具有较高的精度及应用价值。     

基于流固耦合的钢桶跌落仿真及结构优化

目的 为了实现钢桶轻量化设计,对考虑流固耦合的钢桶进行跌落仿真分析,在保证其抗跌落性能的条件下,对钢桶关键结构进行优化设计。方法 以210 L钢桶为例,利用Ansys Workbench建立有限元模型,进行垂直跌落、棱跌落和角跌落等3种工况下的仿真分析;建立优化设计模型,进行多目标优化设计。结果 得到钢桶在3种工况下的总变形量和等效应力情况,并发现钢桶跌落时的薄弱位置位于底部和环筋处,且在角跌落工况下受到的总变形量和等效应力最大;通过改变钢桶的壁厚和环筋距离进行多目标优化设计,得出优化设计点,当壁厚设置为1.1 mm,环筋位置对称且均为233.17 mm时,能够减小钢桶的重量并保证其抗跌落性能。结论 通过对钢桶进行跌落强度流固耦合仿真分析和多目标优化设计,获得满足结构强度、减少材料用量的优化结构,降低了包装成本,为包装产品轻量化设计提供理论支持和设计参考。     

UUV耐压结构多目标优化设计

UUV(unmanned underwater vehicle,无人水下航行器)在海洋民用与军事领域具有广阔的应用前景。UUV耐压结构作为影响UUV负载能力及保障UUV航行任务安全高效执行的重要部件,其优化设计有重要意义。为了最大程度地实现减重目标,有效平衡耐压结构质量、结构强度和稳定性之间的矛盾,进而提升UUV综合性能,提出一种基于组合加权响应面法的多目标优化方法。通过试验设计得到初始采样点,利用有限元工具计算响应值并构建代理模型;然后,以折衷规划法对子目标进行归一化处理,采用组合加权法设定子目标权重系数,以进行耐压结构的多目标优化设计。以某型UUV为例,利用所提方法对其梯形肋骨耐压结构进行多目标优化设计,优化后耐压结构质量减轻了6.6%,肋骨应力下降了6.7%,同时满足稳定性要求。在此基础上,分别以质量为优化目标和以质量、结构强度和稳定性为综合优化目标,对不同肋骨形式耐压结构进行优化设计。结果表明:梯形肋骨耐压结构的综合优化效果最佳。该研究方法适用于UUV耐压结构的多目标优化,研究结果可为UUV耐压结构优化设计提供理论指导,具有实际工程意义。     

基于竹集成材的家具产品设计技术研究

目的 竹材具有密度大、强度高、纹理通直、弯曲性能好等特点,且竹资源丰富,是建筑行业及家具产业中的重要资源之一。“以竹代木”的设计理念可有效缓解木质资源缺乏的问题,但过度依赖于木家具的设计方法,使竹集成材家具产品丧失了自身的“个性”。针对上述问题,进行科学分析,为竹集成材家具产品设计提供参考依据。方法 以竹材为基材,从材性、色彩、强度及与其他材质的适配性上进行充分分析,探索性提出几种适合竹集成材家具产品设计的策略。结论 从竹材基本属性入手,得出竹集成材家具构件轻量化设计策略;不同的工艺处理后的竹集成材能够得到不同的装饰效果,得出基于平面及色彩构成零件搭配设计方法;基于竹集成材的尺寸稳定性及与其他材质的相适应性,得出与多种材质搭配的设计策略。     

重组竹材在现代家具设计中的应用研究

从竹文化角度分析了重组竹在现代家具设计中所具有的特性,以探索在重组竹现代家具中继承和发展传统竹文化的方法。采用对比的方法,比较了重组竹与原竹在材料特性以及造型要素方面的异同;采用总结归纳的方法,提炼了中华竹文化物质领域中竹子的功能特性以及精神领域文学作品中竹子的审美精神。在此基础上,提出了应结合现代和未来生活的需求,注重发挥重组竹抗弯强度高,纹理自然,颜色淡雅等特性,来实现对传统竹文化的继承和发展。     

基于Hyperworks/LS-Dyna的包装件跌落仿真及包装优化

目的 针对嵌入式洗碗机的包装设计方案进行跌落仿真分析,进一步优化降低方案成本,得出符合生产制造的轻量化设计理论。方法 首先使用Hypermesh与LS-DYNA进行联合仿真,模拟包装件六面工况下跌落的响应情况;其次使用OptiStruct优化模块对下衬垫进行拓扑优化设计,根据衬垫变形情况设置合理优化工况,优化的约束条件加入衬垫制造约束,得到满足包装需求的最轻量化的方案。结果 优化后的最终方案可制造性加强,成本降低1.1元,且优化前后试验采集的易损件响应加速度有不同程度降低,达到优化目标。结论 轻量化设计理论在包装领域具有普适性,设计完成后,可以通过拓扑优化的技术路线进一步优化设计方案,降低包装成本,达到降本增效的目的。     

基于视觉动力形式的康护辅具轻量化设计研究

目的 为了减轻和缓解用户物理负担和心理负担,对康护辅具进行轻量化设计,探索一种产品形态轻量化与结构轻量化并行的综合设计方法。方法 以保护靴为例,将轻量化意象作为形态设计目标,采用语义差法和主成分分析得到轻量化意象及其典型代表样本;采用视觉动力形式分析建立产品形态轻量化意象的映射关系,并在此关系上通过曲线控制法进行初始形态方案设计;利用SolidWorks软件进行拓扑优化,判断材料冗余部分,为结构减重提供指导;再次结合映射关系对初始形态进行形态优化设计,得到最终设计方案。结论 对保护靴设计方案进行评估,仿真结果显示方案重量降低近40%,评价结果显示轻量化意象评价良好,表明了该方法的可行性,为康护辅具的轻量化设计提供了新思路与方法。     

汽车轻量化需要材料企业与车企深度融合

<正>汽车轻量化是解决汽车节能、环保和安全问题的主要途径之一,是汽车产业发展的必然趋势。这已经成为业内的普遍共识。一般而言,实现汽车的轻量化通常通过结构优化设计、轻量化材料的应用和先进制造工艺3个方面来实现。即在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下,采用现代设计方法对汽车产品进行优化设计,或使用新材料最大限度地减轻各零部件的质量,努力谋求高输出功率、低噪声、低振动和良好的操纵性、高可靠性等整车功能,最终达到降低燃油消耗、减少污染排放的目的。     

基于APDL的直线电机进给驱动平台的参数优化设计

介绍了一种采用直线电机的高速数控机床新型进给系统,具有进给速度高、加速度大、响应速度快、定位精度高等特点。为保证响应速度快,驱动平台在足够的必要刚度下,应尽量减少其质量。对其结构进行优化设计,可先利用APDL建立它的参数化模型,然后用ANSYS的优化模块对其结构的尺寸参数进行优化分析,得到轻量化程度高、满足设计要求的工作平台结构。     

液压支架柱窝有限元分析及结构优化

利用ANSYS Workbench软件对液压支架柱窝进行参数化建模,并对其刚度和强度进行校核及多目标结构优化设计。通过计算输入参数的敏感度及响应曲面来确定优化方案。优化结果表明:柱窝在满足刚度和强度要求的同时其质量减少了6%,达到了轻量化的设计目的,获得了理想的结构参数。     

3-URPR并联机构的逆运动学与可达工作空间分析

目的 通过对推动臂结构尺寸进行优化设计,得到在提高推动臂工作性能和力学性能的前提下减小质量的最优方案。方法 以推动臂的质量为优化目标,以推动臂受到的压力大小为约束条件,以推动臂的结构尺寸为优化设计参数,建立优化的数学模型。应用Workbench的多目标驱动优化工具结合多目标遗传算法的理论对推动臂的结构尺寸进行优化设计。结果 通过优化分析,结果表明,优化后模型的等效应力极大值减少了23.08%,结构总质量减少了7.42%。结论 通过对不同结构尺寸在其约束条件下的研究分析,达到了最优结构尺寸下推动臂工作性能和力学性能更优、部件总质量更小的目的,为以后粘箱机的结构优化设计提供了思路和参考。     

基于Ansys Workbench的快装箱多目标优化设计

目的研究快装箱在压力作用下的静态特性,并对其结构进行多目标优化设计。方法通过Ansys Workbench建立快装箱的几何模型和有限元模型,对快装箱进行静态分析。以快装箱的各箱板厚度和各钢边厚度为设计变量,以快装箱的质量、最大变形量和最大等效应力为目标函数建立多目标优化的数学模型,对快装箱进行多目标优化设计,并且分析对比优化前后的结果。结果通过分析获得的优化前后快装箱的箱板厚度和钢边厚度都有所减小,在保证强度和刚度的条件下,使得总质量减少了9.018%。结论经分析快装箱的多目标优化设计是合理的,在满足使用要求的前提下,减少了总质量,节约了材料,降低了成本。     

基于多工况的汽车座椅骨架轻量化设计

安全带静态拉伸工况以及行李箱动态碰撞工况是汽车座椅安全法规中的2个重要工况。在满足安全法规要求的前提下,为实现汽车座椅的轻量化设计,提出了一种基于多工况的座椅骨架轻量化设计方法。以汽车座椅安全法规为设计准则,以座椅骨架质量最小为设计目标,综合考虑静、动态工况,对座椅骨架关键构件的尺寸进行优化设计。首先,建立座椅骨架的有限元模型,并以座椅骨架的质量为响应进行灵敏度分析,确定座椅骨架关键构件尺寸优化的设计变量;然后,建立座椅骨架关键构件尺寸优化的数学模型,实现座椅骨架的轻量化设计;最后,对优化后的座椅进行静、动态工况下的有限元仿真分析和试验研究,以验证优化结果的正确性。结果表明,相较于原座椅,优化后的座椅在满足安全法规要求的前提下减重7.89%,验证了所提出的轻量化设计方法的有效性。研究结果可为汽车座椅的安全性分析和轻量化设计提供参考,具有重要的工程实用价值。     

空间反射镜轻量化结构的拓扑优化设计

为满足较高面形要求,实现空间反射镜的高度轻量化设计,在直径500 mm 圆反射镜的设计过程中引入拓扑优化方法.依据变密度法建立SIMP模型,在反射镜光轴方向重力的工况下,以结构整体柔度为设计约束,最小体积为设计目标,经过选代,得到了RMS值小于5nm,轻量化率达到75.83%的结构.在同等质量下,传统的三角形孔轻量化结构的RMS值为8.17nm,轻量化率为67.39%.并对优化后的结构与三角形轻量化结构在径向重力工况下进行了面形对比,计算结果满足设计要求.拓扑优化的轻量化方式在面形和轻量化率上都优于传统形式.