ANSYS下数控车床床身拓扑优化设计

为获得较好的设计方案,将有限元和结构拓扑优化方法应用于数控机床设计.以减重为优化目标,利用ANSYS对数控车床床身进行了拓扑优化,并利用Pro/Mechanica对优化结果进行了动静态分析.结果表明改进后的床身结构在保持原结构的静强度和动态特性的同时比原设计方案的用料减少了12.019kg.     

基于MATLAB的HTM50200异型石材车铣加工中心横梁结构拓扑优化设计及实验研究

用拓扑优化方法设计一种适用于异型石材车铣加工中心的横梁筋肋结构。对拓扑优化中的材料密度法(SIMP)作了深入分析,讨论惩罚因子对拓扑结构的影响,推导出设计变量(密度)的前后迭代公式。将该数学思想通过MATLAB实现,并应用于车铣加工中心横梁部件的纵、横截面的筋肋分布,根据截面形状建立横梁的三维模型。将以此模型为依据制造的实物应用于HTM50200异型石材车铣加工中心,其有限元分析与模态实验表明该横梁动态特性良好,说明该优化设计方法的有效性和可靠性,为结构优化提供一种新思路。     

基于局部模态特征结构修正的变速箱振动控制

针对齿轮箱结构设计中经常存在的局部模态不满足振动特性要求,需要快速而准确地获得控制振动所需结构的难题,提出了一种基于局部模态特征控制的齿轮箱结构优化方法,即:根据结构设计中出现的模态特征,基于局部模态频率与拓扑优化等的耦合分析,获得局部结构的模态控制与优化.仿真与实验结果表明:新方法能够快速有效的控制齿轮箱振动特性,为齿轮箱减振及结构优化设计提供了一条新的途径.     

基于拓扑优化的深孔钻床主轴箱的结构重构

为有效提高深孔钻床关键件的动态性能并减轻其质量,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床主轴箱进行了结构优化设计.利用Pro/E对Z8016主轴箱初始结构进行了三维建模并导入HyperMesh进行模态分析;根据变密度法的基本思想,建立以箱体结构的相对密度为设计变量、以一阶固有频率最大化为目标函数、以体积分数(质量)为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了主轴箱材料的最优分布图;根据优化方案对初始结构进行了重构设计.研究结果表明:改进后的主轴箱结构,一阶固有频率提高了6.71%,质量减少了6.85%,动态特性满足设计要求,从而为深孔加工机床中其他关键部件的结构优化提供了参考.     

深孔钻镗床床身的有限元分析及拓扑优化

为了提高深孔镗床床身的综合力学性能,以T2120深孔钻镗床为研究对象,采用三维软件Pro/E建立床身结构实体模型,然后将实体模型导入到ANSYS中对床身进行模态分析计算出床身固有频率和振型.用ANSYS软件拓扑优化模块对床身进行拓扑优化分析,根据优化结果对床身进行改进设计.改进后的床身固有频率有明显提高,质量减少了27.5％,达到了拓扑优化减重和材料最佳分配的目标.     

下肢外骨骼机器人大腿板模态分析与拓扑优化

为提高下肢外骨骼机器人的性能,需对下肢外骨骼机器人部分零件进行结构优化。针对下肢外骨骼机器人大腿板,利用拓扑优化方法,将零件的模态数据作为优化依据。首先建立零件的三维模型,将其导入到Workbench软件中进行静力学分析和模态分析,得到大腿板在最大工作载荷处的最大应力和最大应变以及大腿板前4阶固有频率和最大振幅。然后进行开槽处理,将槽宽设为变量,求解出不同槽宽下的模态参数。最后根据固有频率和振幅参数,在满足减重需求和零件强度需求的情况下,选定槽宽的最优值。经开槽处理后大腿板质量减少明显,固有频率有所减小,抗振性能有所下降,但依然能够满足工况需求,且零件的静力学分析也能够满足要求,故验证了拓扑优化的可行性,对下肢外骨骼机器人结构优化具有参考价值。     

面向增材制造的火箭直属件轻量化设计研究

由于金属增材制造技术的飞速发展,为复杂结构的制造和设计提供了条件,而拓扑优化作为一种先进的计算方法为轻量化设计提供了新的思路,能有效降低结构重量。为了降低火箭消极质量,在保证整体性能不受影响的条件下,对结构部组件进行轻量化设计很有必要。本文以火箭发动机支架为研究对象,面向增材制造,以实体变密度法为理论指导,以结构柔度最小化和固有频率最优化对模型进行多目标拓扑优化,经多个方案迭代,最终以重建模型质量降低34%达到轻量化设计目标。该优化方法对火箭部组件结构设计起到一定参考作用。     

基于拓扑优化方法的回转器箱体结构设计

结构设计中引入拓扑优化技术在克服传统CAE设计过程创新能力不足的同时,也极大地提高了设计效率.论文以某钻机回转器箱体结构设计为例,基于拓扑优化技术,根据回转器工作位置及其部件的安装要求,给出其简易模型,随后对模型的几个受力部位进行详细的受力计算,并在划分网格后设定优化区域,利用变密度法对模型进行拓扑优化后得到概念模型.针对优化结果给出其整体三维模型,然后对新模型进行详细优化,最终得到了全新的模型结构.结果表明,拓扑优化后的结构不但工作空间小,强度能更好地适应设备工作要求,而且设计周期更短.     

焊接机器人大臂有限元分析及拓扑优化

采用有限元分析软件ANSYS对焊接机器人大臂进行静力学和模态分析,得到大臂在最危险工况下的应力变化特性和固有频率及其对应振型,了解了大臂结构的薄弱环节,并对大臂进行拓扑优化设计,根据拓扑优化结果建立新的大臂结构,对最优结构的强度校核证明了设计方案的可用性与有效性。     

基于有限元分析的机床结构优化设计

介绍了对某型号加工中心机床结构的有限元分析。详细分析了整机的前几阶模态。研究后发现由于立柱和支撑板设计的不合理,就会导致机床固有频率较低,振动增大,机床精度下降。针对加工中心机床部件的结构特点,对于立柱,筋板进行结构优选和设计参数优化,并对支撑板采用了拓扑优化和参数优化结合的方法。研究结果表明,通过有限元分析,加工中心机床结构参数得到了较好的优化,从而使整机性能得到了提高。     

含微桁架填充的航空框梁结构拓扑优化设计

微桁架材料具有承载能力强、轻量化程度高、可设计空间大等特点,是航空结构设计应用中极具潜力的一类新型材料.在典型结构件中填充微桁架材料是实现轻量化的重要途径,而强大的拓扑优化技术提供轻量化设计思路.以典型航空框梁结构为研究对象,提出含微桁架填充的结构拓扑优化设计方法.首先对原有设计方案进行性能评估,获得进一步拓扑优化的性...     

基于变密度法深孔钻床主轴箱可靠性拓扑优化

以TBT-ML500深孔钻床主轴箱为研究对象,考虑随机因素的影响,通过基于变密度法的可靠性拓扑优化设计方法,进行了考虑可靠性和稳定性要求的结构轻量化设计。在传统拓扑优化的基础上增加概率约束,建立了应力和位移约束下的可靠性拓扑优化模型;以可靠性指标为约束条件,使用一阶可靠性法和Roenblatt逆变换将可靠性拓扑优化问题解耦为可靠性分析和确定性拓扑优化,最后进行变密度拓扑优化。算例分析结果表明：此方法在实现轻量化的同时更好地满足了实际应用中的安全要求,同时为深孔钻床其他基础件的可靠性拓扑优化提供了参考。     

网络拓扑控制的节点稳定性选取技术研究

为了保证网络运行寿命,避免传统节点选取技术能耗和时延高的弊端,提出一种新的网络拓扑控制的节点稳定性选取技术.构建EETCA网络拓扑结构,研究网络拓扑的控制,控制过程主要包括簇头选择阶段、簇的建立阶段和稳定数据的传递阶段.建立节点选取模型,通过Hopfield网络模型减小检索范围,结合遗传法和Hopfield网络局部搜索法完成网络节点的稳定性选取.采用Hopfield网络局部搜索法生成父代基因库,求出每个染色体的适应度,确定遗传算子,生成子代基因库,得出最优解,获取节点稳定性选取结果.实验结果表明:所提技术能够保证网络使用寿命,且时延和能耗低.     

基于K邻近算法的连续体结构拓扑优化设计

以平面连续体为研究对象,建立了结构拓扑优化的数学模型,提出了新的结构优化方法.该方法利用K邻近理论进行结构优化的运算,给出了运算公式,定义了删除率以及进化率,并给出了计算实例,得到的结构优化结果与其他结构优化方法运算结果相近.结果表明K邻近理论结构优化方法是可行的.     

基于ANSYS Workbench的龙门式折弯机机架模态分析及工作台拓扑优化

为研究龙门式折弯机的静力学性能及其在满载工作时机架的抗振性能,运用ANSYS Workbench对一款龙门式折弯机机架进行有预应力的模态分析,得到静力学分析结果和前6阶固有频率及对应振型。利用拓扑优化,对折弯机工作台进行去除材料的形状优化,根据拓扑优化云图修整形状尺寸,然后在Solid Works中对工作台模型进行重建,将优化后的模型再次导入ANSYS Workbench中进行预应力模态分析,对优化前、后机架的静力学性能和动态特性进行比较和分析。最终,优化后的工作台质量减轻了11.7%,最大等效应力也有所减小,并且,龙门式折弯机的抗振性能不会受到影响,确定了拓扑优化的可行性。     

基于OptiStruct的闭式压力机组合机身的拓扑优化

通过拓扑优化寻找机身材料的合理布置,以闭式压力机组合机身为研究对象,利用SolidWorks建立机身的三维模型,然后导入到HyperMesh中,建立有限元分析模型。采用变密度法,以静力学分析为基础,定义材料的密度为设计变量,设置不同的约束条件和目标函数,通过Opti Struct求解器对机身进行拓扑优化。通过对比两种方案的优化结果,改进机身的结构,并对优化后的模型进行静力学和模态分析,验证了优化后的压力机机身符合实际使用要求。优化后压力机机身重量减少7.6%,实现了机身的轻量化,节约了成本,提高了企业的竞争力。     

基于Optistruct的数控折弯机滑块的拓扑优化

利用Hyperworks软件建立了数控折弯机滑块的三维有限元模型,应用Optistruct优化模块中的渐进结构优化算法对滑块进行了基于位移和应力约束的拓扑优化,在Ansys中对优化前后相同工况下滑块的静态特性进行分析与比较.结果表明,在满足折弯机性能要求的条件下减轻了滑块的重量.为折弯机的合理设计与优化提供了可靠的依据.     

The geometry,topology and structure of amorphous solids

Clusters of atoms can be divided into three categories depending on their topology. One of the categories provides the basis for development of a model of a perfectly random structure (ideal amorphous solid) using the non-equilateral triangle topology in the coordination shell. Metallic glasses solidify as amorphous solids with random arrangement of atoms. A model of Zr-based metallic glass has been constructed and described in terms of cluster topology, and compared with a recently published dynamic molecular model of the same alloy. It is shown that the pair distribution function for the ideal amorphous model relates to the pair correlation function obtained from the dynamic model. Debye X-ray scattering computations reveal the presence of vacancies and other flaws relative to the ideal amorphous solid. A shift in the peak position can be predicted using the Erhenfest formula. Two atomic displacement mechanisms involving a five-atom sub-cluster are identified as the fundamental means of compositional redistribution between clusters in the alloy.     

Reconstruction of Freeform Objects with Arbitrary Topology Using Neural Networks and Subdivision Techniques

In reverse engineering, laser scanned data is reconstructed into a CAD model. This paper presents a new reconstruction approach that integrates neural networks with subdivision techniques. The neural network technique creates a triangular mesh that approximates the shape of an object and detects its topology, where the subdivision approach applies smooth surfaces onto this mesh. The advantage of this method is that the reconstruction can be applied on objects with arbitrary topology, and the final model can be integrated with traditional CAD systems using a NURBS representation that preserves continuity. The feasibility of the method is demonstrated on freeform objects with arbitrary topology.     

直吹管浇注料振动成型夹具的结构优化设计

针对直吹管浇注料振动成型夹具质量过大和动态特性差等问题,建立夹具优化数学模型,采用拓扑优化对夹具结构材料分布进行寻优,并在拓扑优化基础上以灵敏度分析筛选相关性较大的尺寸作为优化变量,基于Kriging法建立响应面模型,采用多目标遗传算法对振动夹具进行尺寸优化,两次优化后的夹具质量共减小了12.7%,1阶固有频率共提高了2.8%。对优化后夹具结构进行扫频振动响应仿真分析,验证了夹具优化设计的有效性及合理性,有效解决了直吹管浇注料振动成型夹具设计中容易出现的试验共振和夹具质量过大等问题。