多工况下微型电动车车身结构拓扑优化设计

以车身多工况权重刚度最大化为优化目标,以体积比、节点位移及一阶频率为约束条件,建立了微型电动车车身结构多刚度拓扑优化模型。在采用线性加权方法将多刚度这一多目标优化问题转化为单一目标优化的过程中,基于层次分析法提出了多工况权重比的计算方法。该方法使车身优化设计中权重比的设定有据可依,可避免由于设计者主观因素造成的权重比偏差。该多刚度拓扑优化模型体现了车身结构的拓扑优化设计,得到了满足性能要求的清晰车身结构。     

电动车车身正向概念轻量化设计

对某铝合金电动车车身进行了正向概念轻量化设计,建立了静动态工况下的车身拓扑模型,进行了基于动静态性能驱动的整车拓扑优化,确定了车身框架结构,并对拓扑优化结果并进行了工程修正,建立了几何结构初始模型。根据车身结构和截面特点,建立了车身简化力学模型,应用遗传算法进行了截面参数优化,基于优化后的参数建立了车身有限元模型,进行了接头区域灵敏度分析和优化,直至满足刚度要求。最后完成了样车试制和车身刚度试验验证,结果表明,设计出的铝合金车身结构满足了车身刚度要求,并达到了较好的轻量化效果。     

基于ABAQUS的新能源客车车身结构概念设计

针对某新能源客车车身结构,在建立其有限元模型的基础上,采用ABAQUS/TOSCA软件,在弯曲、极限扭转、紧急制动和急转弯四种典型工况下,对客车车身结构进行拓扑优化设计,得到车身结构最优的传力路径;在此基础上,对客车车身结构进行再设计,得到客车车身梁杆结构骨架,通过弯曲和扭转刚度分析结果表明:再设计后的车身满足设计要求...     

全承载式客车车身结构轻量化设计

以某全承载式客车车身结构为基础车型,构建拓扑优化模型,把车身侧围及顶盖部分区域作为设计空间;以质量分数为约束条件,加权柔度最小为目标;选取最为常见的四种极限工况,通过Hyperwork软件中的OptiStruct进行计算,经过若干论迭代后得到拓扑优化的结果。根据拓扑优化结果,结合工程要求及规范和客车车身应具备的整体性能,指导客车车身设计,在保证车身结构性能要求的前提下,合理布置材料,提高材料的利用率,减少冗余,达到车身结构轻量化的目的。     

基于网格变形技术的白车身多目标形状优化

市场的竞争压力促使汽车厂商致力于加快车身开发的进程,而基于计算机辅助工程(Computer aided engineering,CAE)的车身结构优化技术由此而成为业内的研究热点。与传统的尺寸优化不同,形状优化在工程优化中具有更大的潜力。将网格变形技术引入形状优化,提出基于近似模型的多目标形状优化方法。利用网格变形技术定义形状变量,并根据灵敏度信息筛选优化变量;采用优化拉丁方试验设计对设计空间均匀分布样本点,进一步拟合高精度的Kriging模型;运用多目标粒子群算法,保持其余性能指标满足预期的前提下,以白车身弯曲刚度和质量为目标进行优化。研究表明,所提出的优化方法成功用于白车身的多目标优化,设计者可根据优化结果权衡各个目标,以指导最终的决策。     

一种兆瓦风电齿轮箱前机体结构轻量化设计

以经验为主导的传统齿轮箱箱体的设计方法已逐渐无法满足大兆瓦风电齿轮箱的设计要求。基于此,利用拓扑优化和尺寸优化方法,以轻量化设计为目的,在提高强度和保证刚度的条件下对风电齿轮箱前机体进行结构优化设计。前机体的有限元分析表明,有必要对其结构进行优化设计;基于多位置工况建立前机体的静动耦合拓扑优化模型,根据拓扑优化传力路径获得概念模型;采用响应曲面法对概念模型的关键尺寸进行优化设计,通过筛选法得到最优尺寸。对优化前后前机体的性能进行比较,质量减少12.79%,第一主应力基本不变,刚质比提高7.19%,实现了结构轻量化的目的。     

基于SIMP-MMC结构尺寸精确控制拓扑优化方法

随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略.具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法.该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构主传力路径;其次针对变密度法中的灰度单元,提出采用Otsu阈值处理算法以最大化反映二值拓扑结构信息;...     

基于Altair-OptiStruct的客车车身结构拓扑优化设计

采用Altair-OptiStruct对某型客车车身结构进行拓扑优化计算,实现客车车身结构轻量化设计。根据优化空间最大化的原则,建立车身拓扑优化模型,然后分别对弯曲工况和弯扭组合工况进行车身结构拓扑计算,最后对新的车身结构性能进行验证评价。结果表明:拓扑优化后的车身骨架性能得到了提高、质量减少3.8%,优化结果可为客车轻量化设计提供参考。     

基于蚁群算法-粒子群算法的白车身侧围点焊机器人路径规划

针对白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务,对焊接路径规划算法进行了研究。提出了一种适用于该任务的蚁群粒子群混合算法,以实现多机器人焊点分配均匀和单机器人焊接路径最优的焊接要求。通过分析白车身侧围焊点分布特点及多机器人协调焊接要求,建立白车身侧围点焊多机器人协调焊接任务数学模型。设计了基于蚁群粒子群混合算法的路径规划方案,在MATLAB中得到规划结果。利用机器人离线编程软件Robotstudio建立白车身侧围多机器人协调焊接工作站,对规划结果进行仿真实验。结果表明,该算法可实现焊点均匀分配,缩短焊接路径,有效提高焊接效率。     

电动汽车车身的回传射线矩阵刚度链分析方法

基于LifeDrive纯电动汽车模块化结构形式,通过拓扑优化得到一款纯电动汽车车架结构;建立了基于梁单元的车架结构回传射线矩阵计算模型;由模型得到车架梁单元尺寸以及车身与车架之间的多个耦合力,以更合理的刚度链方法优化了车身简化模型的主断面参数;利用有限元方法计算了车身与车架的承载度。结果证明设计的车架与车身结构满足目标承载度和刚度性能的要求,该方法为非承载式电动汽车车身及车架的概念设计提供了参考。     

基于面光滑有限元的复杂三维结构拓扑优化

为了增强拓扑优化计算对任意复杂模型的适应性,改进基于线性四面体有限元的拓扑优化结果,引入了一种新型高精度的基于面光滑有限元模型(FS-FEM)来进行拓扑优化,通过每次迭代时提供很好的梯度解及位移解,从而达到改善拓扑优化结果的目的。在基于面光滑有限元模型的拓扑优化中,以柔度最小作为目标函数,建立了基于固体各向同性材料惩罚插值(SIMP)的拓扑优化数学模型,该数学模型通过最优准则进行求解。多个不同载荷的拓扑优化数值算例说明,采用基于面光滑有限元进行拓扑优化,结果都能够单调收敛,且采用该方法建立的拓扑优化模型能抑制棋盘格现象。与商业软件OptiStruct的计算比较表明,该方法相比有限元方法能得到更合理的拓扑结构。     

线控四轮转向汽车自主代客泊车路径规划

针对线控四轮转向汽车自主代客泊车路径规划问题,提出了一种对动态障碍物具有自适应能力的自主代客泊车路径规划方法.首先,采用栅格地图描述停车场环境信息,将连续状态空间中的自主代客泊车路径规划问题转化为离散状态空间中的自主代客泊车路径规划问题,并采用各向同性的圆形结构元素对栅格地图进行膨胀处理,使规划的自主代客泊车路径与障碍...     

基于控制变量参数化方法的自由漂浮空间机器人路径规划研究

针对自由漂浮空间机器人传统路径规划方法对基座卫星扰动较大的问题,提出了一种基于控制变量参数化的路径规划方法。该方法将路径规划问题转化成以基座姿态扰动最小为目标函数并满足一系列约束条件的最优控制问题,并采用控制变量参数化方法进行离散化处理,将最优控制问题转化成求解非线性规划问题,并给出了完整的理论收敛性证明,从而准确地估计出自由漂浮空间机器人末端执行器的最优路径。仿真结果表明,与传统的分解加速度方法相比,该方法得到的运动路径所引起的基座卫星姿态扰动为0.104rad,相比传统方法降低了17.53%,验证了所提路径规划方法的有效性与最优性。     

掺配车间的双中心物流路径规划

掺配车间的双中心物流路径并行实时规划问题的解决方法侧重于规划的可靠性,对路径的优化程度很低。针对这一问题,从经验与实用出发,在优先确保调度可靠性的前提下,综合考虑负荷平衡和路径优化,提出了考虑负荷平衡的邻接三点聚类方法。标杆问题的比对实验和现实案例研究表明：以上策略与方法在确保调度可靠性的前提下,可以稳定地得到综合满意度更高的解。     

A topological-free method for three-axis tool path planning for generalized radiused end milled cutting of a triangular mesh surface

A tool path generation method for a sculptured surface defined by a triangular mesh is presented. Existing tool methods require extensive computer processing power mainly because surface topology for triangular meshes is not provided. The three-axis tool path planning method presented in this paper for generalized radius end mills avoids this problem (and does not need topological information) by offsetting each triangular facet individually. Offsetting a single triangle results in many more triangles, many of which are redundant, increasing the time required for data handling in subsequent steps. To avoid the large number of triangles, the proposed method creates a bounding space to which the offset surface is limited. Applying the boundary space limits the size of the offset surface resulting in a reduction in the number of triangular surfaces generated. The offset surface generation may still result in unwanted intersecting triangles. The tool path planning strategy addresses this issue by applying hidden-surface removal algorithms. Simulation and machining tests are used to validate the tool paths generated using this method.     

基于Pareto挖掘的白车身侧碰安全件轻量化优化设计

为提高白车身轻量化优化效果,提出了熵权灰色关联分析法用于挖掘非支配Pareto解集中的最优解。建立了白车身及整车侧碰有限元模型,通过实车侧碰试验验证了所建模型的准确性。以侧碰安全件料厚为设计变量,综合考虑白车身弯扭刚度、振动频率等基本静-动态性能及侧碰安全性能,构建径向基函数神经网络结合Kriging（RBFNN-Kriging）混合近似模型并联合第二代非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ算法）进行了多目标优化。最后,提出了熵权灰色关联分析法计算所有非支配Pareto解的灰色关联度,并以此为评价指标进行多目标决策。优化决策结果表明：在满足白车身性能设计基线的要求下,白车身侧碰安全件质量减小了2.68 kg,取得了较好的轻量化效果。     

随机变量和非独立区间变量下的可靠性序列迭代算法

针对机械系统中输入变量存在随机变量和区间变量混合的情况,考虑区间变量的非独立性,提出高效混合可靠性分析方法。区间变量使可靠性分析问题变为双层优化问题。为降低双层优化和非独立区间变量对可靠性计算效率的影响,提出了高效序列迭代计算策略,基于椭球模型描述的非独立区间变量,提出将非独立区间变量转换为独立区间变量的方法,并利用二次泰勒近似方法,将区间分析问题转换为易求解的二次规划问题。算例结果表明,所提出的可靠性序列迭代算法具有较高的计算效率和精度;可靠性分析结果受区间变量独立性假设的影响,区间变量独立可导致较保守的可靠性分析结果。     

未知环境中基于强化学习的移动机器人路径规划

为解决未知环境中移动机器人的自适应路径规划问题,提出了一种基于Q学习算法的自主学习方法。首先设计了未知环境中基于传感器信息的移动机器人自主路径规划的学习框架,并建立了学习算法中各要素的数学模型;然后利用模糊逻辑方法解决了连续状态空间的泛化问题,有效地降低了Q值表的维数,加快了算法的学习速度;最后在不同障碍环境中对基于Q学习算法的自主学习方法进行了仿真实验,仿真实验中移动机器人通过自主学习较好地完成了自适应路径规划。研究结果证明了该自主学习方法的有效性。     

基于支持向量机的点云曲面刀具路径规划

针对单值散乱点云曲面刀具路径规划问题,提出了一种基于最小二乘支持向量机的计算方法。在计算过程中,将点云数据向平面投影,得到二维点集。应用网格划分和边界网格内测量点高斯映射技术,提取平面区域内的边界特征点。用边界特征点定义点云曲面的实际加工区域,在此区域内规划平行等间距刀具路径。应用最小二乘支持向量机拟合点云数据,求得被加工曲面的连续表达模型,经此模型将二维刀具路径数据向三维空间映射,求出刀触点数据。将刀触点经法向偏置计算,求得刀位点。实例验证证明,该方法能较好地解决信息不完备散乱点云曲面刀具路径生成问题。