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。     

混凝土泵车底座的有限元分析及优化设计

通过建立混凝土泵车底座结构有限元模型,对模型进行合理的网格化分、约束和载荷加载,对底座危险工况进行静力计算,获得应力分布情况并对最大应力产生的原因进行分析.在静力分析的基础上,对回转底座进行优化设计,通过删减厚板,使大应力区域降至屈服极限以下,消除了局部集中应力,减轻结构自重,同时加强结构的薄弱环节,提升强度,使材料性能得到更充分的利用.     

基于Ansys Workbench对平板清障车托臂结构分析与优化

为了对平板清障车托臂进行合理的结构设计和力学分析,本文对其关键结构托臂进行了刚度与强度的研究,并对传统经验设计下的结构进行优化设计。采用Solidworks软件对托臂进行三维建模,导入Ansys Workbench软件模拟托臂的受载情况,并对托臂进行静力结构分析和仿真;根据托臂在极限状态下的3种工况,对托臂的刚度和强度进行分析,并对托臂的结构进行优化。研究结果表明,改进后基本臂的最大等效应力为372.84 MPa,小于屈服强度550 MPa,比许用应力367MPa仅多出5.84MPa,所以改进的基本臂满足强度要求;改进后伸缩臂的最大等效应力为259.47MPa,小于许用应力,满足强度要求;改进后的托臂整体位移最大为52.71mm,说明改进后托臂刚度得以提高,变形减小。该研究对平板清障车托臂的设计具有指导意义。     

离散变量结构优化的单向搜索算法

根据离散变量结构优化设计的特点，提出了离散变量结构优化设计的单向搜索算法。算例结果表明，该方法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约束的离散变量结构优化问题，也能处理同时具有稳定约束和位移约束的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题。设计的结构强度和刚度等都有了保证，重量轻，成本低。     

轮边驱动电动客车扭杆弹簧双横臂独立悬架强度分析方法

针对轮边驱动电动客车的扭杆弹簧双横臂独立悬架强度分析方法不成熟的问题,在分析该类悬架结构特点的基础上,利用有限元技术,构建适用于该悬架特征的有限元分析模型;将经过有效性验证的模型用于评估悬架强度,形成轮边驱动电动客车扭杆弹簧双横臂独立悬架的强度分析方法。以轮边驱动电动客车扭杆弹簧双横臂独立悬架为案例,计算7种典型载荷工况下的悬架等效应力及位移,结果表明:衬套、球铰、限位块等刚度和自由度的合理设置以及预载的正确施加验证了该模型的有效性;由于扭杆支架结构的薄弱性、结构承载的不均衡性以及存在扭杆弹簧应力集中的情况,导致极限工况下最大等效应力达到1 800 MPa,强度不满足设计要求。最后根据计算结果提出结构优化建议,并进一步通过计算验证了结构改进的有效性,整个悬架在极限工况下的最大等效应力降低为993 MPa,扭杆支架最大等效应力在700 MPa以内。     

基于ANSYS Workbench载货汽车驱动桥壳的静力学分析

采用传统力学计算和有限元分析相结合的方法,对某型号货车驱动桥壳装配体进行静力学分析。在各极限工况下,驱动桥壳的最大等效应力均小于材料的许用应力,垂直弯曲静强度试验评估指标Kn6,满载轴荷,驱动桥壳的最大变形量小于1.5 mm/m,满足其强度和刚度要求。有限元分析结果与力学计算的强度误差率较小,因此,有限元分析方法可以为其他驱动桥壳以及类似结构的设计与分析提供参考。     

汽车发动机连杆在拉压工况下的可靠性分析

利用ANSYS有限元软件对连杆结构进行应力分析,获得了连杆结构在拉压工况下的应力强度分布, 结果表明:该连杆在受拉压两种工况下最大等效应力出现在连杆小头孔的内表面上,拉压工况下其值分别为15.1 MPa和161.0MPa。然后利用ANSYS有限元软件中的蒙特卡罗法来分析连杆结构的可靠性,经过分析获得了连杆 结构在置信度为95%的情形下,初值极限状态Z<0(Z=σs-σmax,其中σmax为容器在使用过程中出现的最大应力, σs 为材料的屈服强度)的概率平均值为2.62% ,即说明连杆的可靠度为97.38%,以及获得了该连杆结构的载荷分布 柱状图和屈服极限抽样过程图,通过分析可知:该连杆结构是安全可靠的。     

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。     

基于接触边界条件的球磨机应力分析及试验

以某大型球磨机为例,建立了包含轴承和回转体等主要部件的球磨机结构整体应力分析有限元模型;将鞍形座与轴承衬体、轴瓦与中空轴之间建立接触单元作为数值模拟的边界条件;以满载静止、满载启动和正常运行为分析工况,得到了鞍形座、轴承衬体、轴瓦、中空轴、左右端盖和筒体的应力幅值和变化规律。计算结果表明:左端盖与中空轴的过渡处应力最大,筒体中部应力最小。对该球磨机回转体的应力进行了测试,采集了典型截面在满载静止工况下转动一周过程中的周向应力和轴向应力,将应力测试值和计算值的动态分量进行了对比,二者吻合较好,从而验证了数值模拟结果的正确。     

火箭武器发射箱结构优化方法及应用

火箭炮发射箱的设计多依据以往的结构和经验,为解决大质量火箭弹引起的发射箱刚强度问题,提出了发射箱结构优化设计方法和思路,建立了满足功能需求的发射箱初始几何模型.考虑到火箭弹重力和燃气射流压强对发射箱的动态作用,定义了火箭弹位于发射箱不同位置及不同压强载荷下的有限元优化模型.以刚度最大化为目标对发射箱进行了静态响应拓扑优化,依据拓扑优化结果构建发射箱新几何模型,新模型的结构性能验证结果很好地满足了刚强度要求.最后以质量最小化为目标对新模型进行了形状优化,结果表明新发射箱变形和应力均在合理范围内.     

大客车车身结构多工况综合优化分析

建立了某半承载式大客车车身骨架结构的有限元模型,基于NASTRAN软件平台进行3种工况下的截面尺寸综合优化,确定了最优的综合优化方案. 通过分析校核可知,采用结构综合优化方法,可以在确保大客车车身刚度、强度和模态等性能指标的前提下,实现结构多工况优化分析和车身结构的轻量化.     

XG958轮式装载机车架等强度优化设计

为了降低车架在危险工况的应力,提高车架材料的效能并减轻车架的重量,采用有限元方法分析了各种工况下XG958轮式装载机车架的应力分布.根据分析结果对车架结构进行了改进,采用模糊优化方法,以前后车架总重量为目标函数,车架每块钢板上的最大应力为约束条件,对车架结构进行了等强度优化,并对优化前后车架的应力分布情况进行了比较.结果表明,车架结构经过改进及优化后最大应力值下降了112MPa,重量减轻了96kg,应力分布也较优化前均匀.     

全地形车车架静动态特性分析与轻量化设计

利用Hyper Mesh有限元软件建立某全地形车车架结构有限元模型,并运用RADIOSS分析其在多种工况下的应力分布和变形情况,校核了该车架的强度和刚度。通过RADIOSS求解器计算其自由模态,与已有的实验模态频率进行对比,验证了有限元模型的正确性。在满足车架强度、刚度和1阶频率的前提下对车架进行结构优化,使该全地形车车架减重5.05kg,达到了轻量化的目的,也验证了尺寸优化在结构优化中的有效性。     

一种特制集装箱结构优化设计有限元分析

优化技术在工程中的应用是集装箱结构优化设计的前提和基础。针对一种特制集装箱箱体的结构和承载特点,建立了三维有限元模型,对该集装箱框架结构进行了静力分析,得到了结构的应力和变形分布。在对箱体应力水平偏高和变形较大进行分析的基础上,提出了相应的优化设计。结果表明:(1)优化设计后该集装箱的最大变形量由62mm降低到38mm;(2)最大Von Mises应力由248MPa降低到190.4MPa,最大剪应力由82.59MPa降低到64.59MPa;(3)最大normal moments tensor由168.7MPa降低到89.38MPa,最大shear momentstensor由123.1MPa降低到86.96MPa。这说明经优化设计后集装箱的变形及应力大幅降低,结构的最大应力均未超过材料的屈服强度,能满足强度及刚度设计要求。     

基于有限元法桥式起重机主梁应力分析及优化设计

为了进一步提高50T/10T-16.5m的双梁桥式起重机的结构性能,寻找主梁的最优设计尺寸,对其进行轻量化设计。首先利用ANSYS软件对主梁正常工况和两种特殊危险工况(吊重自由跌落后紧急制动和歪拉斜吊)进行应力分析寻找最危险节点位置,然后对正常工况下主梁进行优化设计,分别以主梁截面尺寸和构件板厚为设计变量、主梁最大应力和最大挠度为状态变量、主梁质量为目标函数建立优化数学模型,最后用ANSYS软件进行优化分析并得到结构最优设计尺寸。结果表明,对桥式起重机不同工况下进行有限元分析,并在此基础上进行截面参数优化设计,明显改善了主梁腹板截面突变处应力集中现象;以最优设计尺寸建立的主梁模型不仅满足强度刚度的要求,而且主梁质量减轻23.1%,从而实现了简化结构、降低重量和制造成本的目的。     

变密度法在气缸体轻量化设计中的应用

将变密度拓扑优化方法应用于发动机气缸体轻量化设计中.以气缸体上施加最大爆发压力工况下的载荷为边界条件,以气缸体总柔度最小为优化目标,以气缸体体积比为约束条件,以单元密度为设计变量,对气缸体进行拓扑优化.对优化后的结构重新建模,分析了在最大爆发压力工况下的应力分布.结果表明,气缸体质量减轻了5 kg,最大主应力与优化前相当,整体应力分布更加均匀,达到了等强度设计的目的.将变密度法应用于气缸体的等强度轻量化设计,有助于确定气缸体的最佳形状,并减少重复设计验证的次数.     

骨架式车身多材料及梁截面形状和尺寸优化

针对骨架式车身提出一种以材料类型、梁的截面形状和尺寸为离散设计变量的结构优化方法。基于某概念骨架式车身,以其总质量、制造成本、多种载荷工况下指定点的位移和结构中的最大轴向应力均最小,而以第一阶固有频率最大为目标函数,进行多目标优化。使用改进的第三代非支配排序遗传算法求解该多目标优化问题,并且综合考虑了轻量化设计、制造成本及结构性能因素,最终筛选出合理的设计方案。优化结果表明:相较于单一的离散尺寸优化,本文提出的考虑多种类型设计变量的结构优化方法,使轻量化设计效果更加优异。     

基于ISIGHT的机翼结构分层优化设计

在满足机翼强度刚度要求的前提下,考虑形状变量和尺寸变量间复杂的耦合关系,集成ISIGHT/PATRAN/NASTRAN/MATLAB对机翼进行综合结构优化设计.在此优化设计中,以结构重量最小化为目标,以强度约束和刚度约束作为约束条件,以形状变量和尺寸变量作为优化设计变量,建立ISIGHT优化工作流.采用MATLAB自编程序将气动载荷等效加载到机翼有限元模型附近节点上.优化后机翼结构重量为38.0kg,比优化前的41.3kg减少了8%.     

基于最大熵的离散变量框架结构两相优化设计

根据两相优化设计的思路和离散变量的特点,应用最大熵准则,通过引入附加约束条件,交替进行乘子相和结构相优化,将离散变量框架优化设计问题等价地化为连续变量框架优化设计问题求解.在考虑应力约束、位移约束和尺寸约束等多个约束及多个工况的条件下,成功地对离散变量框架进行了优化设计. 算例结果表明:这种方法的迭代公式简单 ,收敛速度快;此法可以有效地应用于工程实际,尤其是多约束、多工况的大型工程结构优化问题.     

离散变量结构优化的准则优化法

以满应力设计思想为基础,提出了离散变量结构优化的拟满应力设计方法。算例结果表明,该方法能直接计算具有应力约束和截面尺寸约束的离散变量结构优化问题,也能处理同时具有稳定约束和位移的多工况、多约束、多变量的离散变量结构优化设计问题。