基于径向基函数神经网络的轨道板运输车优化设计

传统轨道板运输车的设计过于保守,车架结构强度有较大余量,为减轻结构自重,减少制造成本,提出一种新的优化方法。该方法采用有限元软件ANSYS和优化软件ISIGHT,首先通过拉丁超立方设计方法选出对约束条件和目标函数影响较大的设计变量,然后根据选出的设计变量建立神经网络径向基近似模型,最后利用多岛遗传算法对近似模型进行优化。优化结果表明,该方法能提高优化效率,优化后轨道板运输车结构自重降低了9.9%,对轨道板运输车的设计有重要参考价值。     

基于响应面法的挖掘机三油缸结构动臂轻量化设计

考虑到三油缸结构动臂的结构特殊性,以及传统经验方法在结构设计上的保守性因素,提出了基于响应面法的变厚度轻量化设计方法,并搭建了基于多学科优化软件Isight、有限元软件Nastran以及利用Python语言二次开发的集成优化环境。基于板壳理论与测试数据建立了三油缸结构动臂危险工况的有限元参数化模型,并以其主要板厚尺寸为初始设计变量,以结构强度、刚度及重量为模型响应,结合最优拉丁超立方设计法对初始变量进行了灵敏度分析,使用筛选后的设计变量拟合响应面模型(RSM);以结构强度和刚度为约束条件,动臂质量最小为目标函数,采用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明,在保证结构性能的前提下,该方法轻量化设计后的动臂减重14.7%,优化效率较有限元模型提高84%左右,优化效果显著且大幅度缩短了设计周期。     

磨床床身结构优化设计

基于参数化建模和结构优化设计理论,建立了某磨床床身的参数化有限元模型;以床身的筋板间距和壁厚为设计参数,在保证导轨刚度的条件下,采用整体优化和分层优化的方法分别对床身结构进行了优化设计,达到降低床身自重的目的,并对优化前后的结构进行了力学性能比较。整体优化是指同时优化所有的设计变量,而分层优化是指将设计变量根据其对设计目标和约束条件的影响进行合理分组,逐步优化。结果表明,采用分层优化技术可有效地解决设计变量较多的复杂结构优化设计。     

基于基结构法的液压机底座结构拓扑优化

为使液压机底座结构的拓扑设计更加合理,提出了基于基结构法的底座结构拓扑优化方法,并以8 MN液压机底座为例,给出了以板为基本结构单元的底座基结构和建立在基结构基础上的包含尺寸变量和拓扑变量的结构拓扑优化数学模型。针对该拓扑优化问题,设计了专门的遗传求解算法。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

数控龙门镗铣床横梁结构特性分析及优化

运用现代设计方法对某型号数控机床龙门镗铣床横梁结构进行了静动态特性分析,并精确提取了横梁结合面的边界条件;然后对横梁进行参数优化,建立了以横梁的内部筋板和壁厚为优化设计变量,以结构质量以及一阶固频为状态变量,以结构最大变形为目标函数的数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,最终得到满足条件的设计变量。通过对横梁进行参数优化,提高了横梁的综合性能。     

基于蜂窝加肋板结构参数匹配抑制光学卫星随机响应

以结构参数的最优匹配为设计目标,提出了一种改善光学卫星振动环境的新思路。针对某光学卫星振动试验中出现的蜂窝顶板随机振动响应过大的问题,研究了加强肋在降低简支蜂窝板随机振动响应中的作用。分析了该光学卫星蜂窝板结构的特点,探讨了它的随机载荷以及在其激励下蜂窝板式结构的动力学响应。结合卫星自身结构上的需要,提出了一种通过添加特定截面H型加强肋的方法来降低蜂窝板的响应。利用有限元法对外形尺寸为1 000mm×1 000mm×30mm的蜂窝板模型进行随机振动分析验证,结果显示:H型加强肋能显著降低蜂窝板的振动响应,有明显减振效果。最后,根据整星振动试验结果对卫星力学模型进行了修正,并利用该方法对修正后的模型进行动力学分析和优化,分析结果表明顶板响应降幅达到了40%,为系统可接受范围,证明了提出的方法很好地抑制了结构的随机振动响应。     

数控龙门镗铣床立柱结构特性分析及优化

运用结构优化设计方法,对某型号数控龙门镗铣床立柱进行了静动态结构分析,并且提取了立柱结合面的受力情况,为后续的分析提供了精确的边界条件。然后对立柱进行参数优化,建立了数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,得到满足条件的设计变量。优化结果表明,在产品设计阶段将传统的设计与结构优化设计方法结合起来,可以有效提高产品的精度和综合性能。     

数控龙门镗铣床立柱结构特性分析及优化

运用结构优化设计方法,对某型号数控龙门镗铣床立柱进行了静动态结构分析,并且提取了立柱结合面的受力情况,为后续的分析提供了精确的边界条件。然后对立柱进行参数优化,建立了数学优化模型,并采用拉格朗日二次规划法进行优化计算,得到满足条件的设计变量。优化结果表明,在产品设计阶段将传统的设计与结构优化设计方法结合起来,可以有效提高产品的精度和综合性能。     

基于双层规划的白车身结构优化

在单次优化中,具有高维设计空间、多形态变量的优化易求解困难。因此将其分解成低维、单一形态变量的多层次优化。若优化分为双层次,上、下级相互依赖、相互作用、共同决定响应,即为双层规划问题。但是,双层规划令下级在上级的决策环境中寻求最优解,本质上求解困难。为此,通过上、下级间的迭代进行求解。为提高白车身性能并实现轻量化,应同时优化截面形状和板件尺寸。复杂截面形状的参数化引用网格变形技术,易引起板件穿透和单元质量差,进而导致单次优化的重分析失效而终止迭代。因此基于近似模型优化截面形状。然而,尺寸优化为实现轻量化而增加设计变量,随设计空间维数的提高响应面模型的采样点成倍增加、拟合精度急剧下降。因此采用Nastran Sol200优化的方法。根据截面形状和板件尺寸优化的特点,将双层规划法引入白车身结构优化,解决了优化求解困难的问题,同时有效提升其静态刚度、模态频率和实现轻量化。     

复合材料起落架舱门结构优化设计

基于有限元软件ANSYS建立复合材料起落架舱门参数化有限元模型,基于三明治夹芯板理论将蜂窝芯层等效为均质的厚度不变的层板,以蜂窝夹芯高度与复合材料面板各铺层厚度为设计变量,以铺层板、蜂窝夹芯的强度,结构稳定性以及结构刚度为约束函数,以结构质量最轻为目标函数,基于ANSYS优化模块首先选择零阶法进行优化得到粗略解,其次选择一阶梯度优化法进一步对夹层结构进行优化设计,得到最优蜂窝芯子厚度、蒙皮各铺层厚度.     

Maximizing structure performances of a sandwich panel with hybrid composite skins using particle swarm optimization algorithm

A sandwich panel, composed of hybrid laminate skins of AL (aluminum)-CFRP-GFRP and aluminum honeycomb core, was optimized for maximizing the structural performance. Stacking sequence of the three different materials comprising the hybrid laminate skins and individual ply angles are taken as design variables in the present optimization problem. Synergizing a particle swarm optimization (PSO) algorithm method with a specially developed FEM program enables one to optimally decide the design variables and thereby significantly improve the sandwich performance. The present technique applying PSO to a hybrid sandwich in conjunction with FEA has extended the application area of optimization with a complex honeycomb sandwich that is not possible by the conventional method.     

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。     

Optimal Placement of Active Members in Truss Adaptive Structures

The mathematical model of optimal placement of active members in truss adaptive structures is essentially a nonlinear multi-objective optimization problem with mixed variables,it is usually much difficult and costly to be solved.In this paper,the optimal location of active members is treated in terms of(0,1)discrete variables.Structural member sizes,control gains,and(0,1)placement variables are treated simultaneously as design variables.Then,a succinct and reasonable compromise scalar model,which is transformed from original multi-objective optimization,is established,in which the(0,1)discrete variables are converted into an equality constraint.Secondly,by penalty function approach,the subsequent scalar mixed variable compromise model can be formulated equivalently as a sequence of continuous variable problems.Thirdly,for each continuous problem in the sequence,by choosing intermediate design variables and temporary critical constraints,the approximation concept is carried out to generate a sequence of explicit approximate problems which enhance the quality of the approximate design problems.Considering the proposed method,a FORTRAN program OPAMTAS2.0 for optimal placement of active members in truss adaptive structures is developed,which is used by the constrained variable metric method with the watchdog technique(CVMW method).Finally,a typical 18 bar truss adaptive structure as test numerical examples is presented to illustrate that the design methodology set forth is simple,feasible,efficient and stable.The established scalar mixed variable compromise model that can avoid the ill-conditioned possibility caused by the different orders of magnitude of various objective functions in optimization process,therefore,it enables the optimization algorithm to have a good stability.On the other hand,the proposed novel optimization technique can make both discrete and continuous variables be optimized simultaneously.     

一种全封闭蒙皮点阵支撑结构的优化设计与试验验证

随着人类航天活动范围的不断扩大,复杂航天任务对于结构轻量化技术提出了更高的要求。在传统的结构形式基础上,单纯通过应用高性能材料等手段已经无法满足后续航天任务对于航天器载荷支撑结构轻量化的要求。提出一种封闭蒙皮包裹三维点阵层级结构的设备支撑结构形式,建立设备支撑结构的拓扑优化设计模型,并对优化后的结构进行封闭蒙皮包裹三维点阵化设计。运用激光选区熔化方法制备了支撑结构实物,并进行了振动力学试验验证,试验结果表明设备支撑结构比采用传统设计及制造方法的结构减重46.4%,实物已应用于某型号卫星载荷支撑任务。提出的封闭蒙皮包裹三维点阵的结构形式可以有效提高支架类结构的设计效率,在航天器结构轻量化方面具有推广应用前景。     

蜂窝夹芯板参数化建模与优化设计

在蜂窝夹芯板的有限元分析过程中,为提高结构的建模和分析效率,基于有限元软件开发参数化建模与分析模块,可以完整地进行蜂窝结构的建模、分析、校核与后处理,使蜂窝结构的有限元分析过程流程化、高效化.在此基础上,以质量轻量化为目标,以结构强度为约束条件,基于MATLAB使用遗传算法、罚函数法、模式搜索法对蜂窝结构进行尺寸参数优...     

箱型支撑结构加筋板布局设计方法研究

针对箱型支撑结构内部加筋板的布局问题,提出了一种基于密度法的高效设计方法。将箱型结构表示为内部布置有平行分布杆的结构,即所谓的纤维模型;采用密度法对承载外壁的材料分布进行优化设计;根据外壁的材料分布情况,确定箱型结构的内部加筋板。引入纤维模型,将三维实体结构拓扑优化设计问题转化为二维板壳结构的拓扑优化问题,计算量小,设计效率高。通过对典型设计实例的设计分析,说明了该方法的有效性。     

A lightweight design approach for an EMU carbody using a material selection method and size optimization

This study proposes a weight reduction design approach for urban transit carbody using a material selection method and size optimization. First, the material selection method, which uses specific stiffness and strength indices to predict the weight reduction rate, is set up when the materials of the under-frame and roof structure are substituted. The CFRP was chosen as the best weight reduction material in terms of the material selection method but was not appropriate for application to an urban transit carbody as a thin panel because of out-of-plane deformation. Therefore, we applied CFRP-AL honeycomb sandwich composites to the under-frame and roof structures, and the size optimization method was subsequently applied to derive a lightweight composite hybrid carbody design. Finally, the proposed approach was applied to an urban transit carbody, i.e., a Korean electrical multiple units carbody made of aluminum extrusion profiles. The weight of the optimized composite hybrid carbody design was 29.0% lighter than that of the original K-EMU. The resulting composite hybrid carbody design satisfied the design guidelines of the Performance test standard for K-EMU according to the corresponding FE simulations.

     

射频系统散热结构非梯度拓扑优化方法

随着射频系统向着小型化、高密度、高性能的方向发展,散热问题已经成为制约射频系统发展的关键问题之一。射频系统热设计指标复杂多样,基于梯度的拓扑优化方法需要推导复杂的灵敏度信息,因此无法适应多变的热设计指标。文中提出了一种射频系统散热结构非梯度拓扑优化方法,首先通过材料场级数展开方法对散热结构拓扑优化模型和设计变量进行表征和降维;然后构建了散热结构非梯度拓扑优化模型,针对降维后的拓扑优化问题,采用基于克里金代理模型的非梯度拓扑优化方法进行求解;最后,通过给出的射频系统散热结构数值算例,证明了该方法可以在不需要推导灵敏度的情况下有效求解射频系统散热结构拓扑优化问题。