铁路货车铸件用模具芯盒框结构优化设计

利用Abaqus软件Atom模块,采用变密度法在体积约束下对铁路货车铸造金型模具芯盒框进行结构拓扑优化。以拓扑优化的结果作为芯盒框结构的设计依据,运用逆向工程技术对芯盒框进行逆向重构。结果表明,在保证强度要求下,采用拓扑优化方法使得芯盒框减重21.8%,对进一步铸造模具及其部件的优化设计提供参考。     

金属桁架结构成形工艺分析

针对电弧增材制造过程中桁架结构难以制造的问题,提出一种基于冷金属过渡（CMT）点焊工艺的逐点添加空间桁架结构增材制造技术.通过工艺成形试验获得最优的工艺参数,并对桁架结构焊接过程进行受力分析,建立桁架结构制造过程受力数学模型,有效地解决了成型过程中立柱的下榻、熔滴在立柱上的下淌以及焊枪轮廓与构件的碰撞问题.通过受力分析数学模型得出,焊枪以垂直于基板的方向对桁架结构进行堆积时,桁架立柱出现下塌现象的临界角为50°.将数学模型与桁架结构成型路径策略相结合,可以对复杂立体特征桁架构件进行增材制造.最后通过改变单个立柱弯曲角度的桁架结构增材试验,得到满足成型精度要求的桁架结构件,验证了数学模型的正确性及桁架焊成形方法的可行性.     

煤槽侧壁支撑桁架结构优化设计

采用结构拓扑优化方法,利用有限元软件ANSYS的拓扑优化模块对捣固装煤车的煤槽壁支撑桁架结构进行了优化设计。优化后的煤槽壁支撑桁架结构比以前刚度性能提高,重量减少了18.3%,应力分布不仅更为均匀而且应力水平也有所降低,很好的实现了"重量轻、性能好"的设计目标,为复杂零部件的设计提供了新的方法和思路。     

闭式双点框架式机械压力机机身结构的拓扑-几何优化设计

以APE400闭式双点整体框架式压力机为对象,针对质量占比大且承载关键的机身底座和立柱,开展面向制造的机身结构拓扑-几何参数优化研究。分析了原压力机机身结构的静力学性能,明确了下模具与底座固定和滑动摩擦接触两种连接方式对其变形的影响,后者台面变形要大于前者,采用滑动摩擦接触模拟验证机身结构更为保守且更贴近实际。而后,采用变密度拓扑优化方法,分别获得了支撑模具的底座、机身侧立柱的材料拓扑构成,并根据实际板焊接制造工艺,建立了机身新型结构的参数化模型。最后,采用响应面优化方法进行几何参数寻优,对比了优化模型与原机型的性能指标。结果表明,当模具上台面变形差值在0.19 mm时能实现减重3130 kg,而与原机型的变形差值相同(0.26 mm)时能减重3803 kg,减重比达到18.46%,结构轻量化效果非常显著。     

某发射塔起重机悬臂梁结构拓扑优化设计

基于有限元理论和拓扑优化方法,以某航天发射塔起重机悬臂梁为研究对象,以刚度值的质量控制为目标,通过理论建模、静力学计算和拓扑计算对悬臂梁进行质量优化,经对比分析确定最优结构形式。结果表明：优化后的结构性能和经济性能满足工程要求。目前该设计已经在工程实践中成功应用。     

SSWZ330重型联轴器的渐进结构拓扑优化设计

针对联轴器设计方法传统,导致该部件寿命低、构成部件的各个零件寿命差异大等问题,利用HyperWorks FEM设计分析软件,采用渐进结构拓扑优化方法,将“去除-恢复”决策和单元灵敏度算法相结合,对SSWZ330重型联轴器进行了渐进结构拓扑优化设计。优化过程中采用基于单元“去除-恢复”决策,通过计算单元应力灵敏度以及迭代灵敏度,依据给定结构的目标体积、体积进化率和滤波半径,确定删除或保留的单元,解决了传统结构设计中多约束优化问题,实现了SSWZ330重型联轴器的渐进结构拓扑优化设计。优化后的法兰叉架和套头体积减少了83%,实现了HyperWorks软件在机械部件渐进结构拓扑优化设计领域的实际应用。     

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.     

基于拓扑优化与筋板布局的立柱轻量化设计

为了实现机床立柱结构的轻量化设计,对立柱进行拓扑优化研究,根据拓扑优化的材料分布结果设计了立柱的基本外形。根据立柱的外形特点,对比了5种不同类型筋板形式的单元结构,发现W形式的筋板结构材料消耗较少同时综合力学性能较优。选择W形式的筋板对立柱的外形结构进行布局及尺寸优化,得到了最终的立柱结构形式。对新的立柱结构进行有限元分析,结果表明,新设计立柱结构的质量减轻了8.3%,并且其静、动力学性能得到了不同程度的改善,实现了立柱结构的轻量化设计。     

基于变密度法的动载结构梁拓扑优化设计

自动化流水线中吊臂搬运是比较常见的一种运输形式,吊臂导轨的承重梁在运输货物时承受垂直向下且位置随时间周期性变化的重力作用,造成周期性变化的形变。此形变对整个装置的稳定性、安全性和寿命具有重大影响。对承重梁在运输货物时受力进行分析,以位置变化的动载作为约束,建立基于变密度法的拓扑优化数学模型;引入通用性强的优化准则,采用以卷积方程为基础的过滤器,消除由于棋盘格和网络依赖所造成的不确定性;借用MATLAB建立相应的数学模型进行拓扑优化,根据优化结果建立相应的三维模型,将模型导入ANAYS进行静力变形分析;将试验数据与仿真结果进行对比,验证了仿真结果的可信度和拓扑优化方法的可行性。最终设计在屋顶窗吊装搬运装置中应用效果良好,为此类承重梁结构设计提供了参考。     

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.     

变速器壳体拓扑优化设计分析

市场对变速器的性能要求越来越高,更新周期也越来越短.为了企业的长远发展,我们必须寻求更优的设计方法.目前,行业中应用较多的设计技术是结构拓扑优化设计技术,其中以OptiStruct技术的应用最为广泛[1],国外在这方面的技术发展相对成熟,而国内将结构拓扑优化技术应用到变速器壳体设计,还没有比较成功的案例.     

工业机器人多目标拓扑优化设计

为了综合提高工业机器人的结构刚度、振动频率,降低结构质量,从而提高机器人整体的静动态性能,提出了一种基于多目标拓扑优化的机器人结构优化方法。该方法首先对机器人整机和部件进行分析,寻找机器人薄弱的零部件;然后对其进行多目标拓扑优化和模型重建,从而获得最佳的结构。将该方法成功应用于一款3 kg装配、搬运等多功能机器人的分析优化中,结果验证了该分析优化方法的可用性和有效性。     

多孔钛合金拓扑优化设计及性能研究

为了得到良好力学性能和高渗透性的钛合金多孔结构,需要在多孔结构的孔隙率与其强度之间保持权衡。以人体膝关节胫骨假体为研究对象,首先,根据胫骨受力状态,采用拓扑优化设计并重构不同载荷工况下的抗压、抗剪单胞结构(TO-P1、TO-P2、TO-S1、TO-S2),与几种常见的基本单胞结构(BCC、FCC、RDC、DCC)进行研究比较;其次,通过对不同类型多孔钛合金进行压缩、剪切性能仿真,研究不同拓扑形态的多孔钛合金关于抗压、抗剪的力学性能,并采用SLM技术成型多孔钛合金压缩试件,验证了仿真分析的有效性;最后,选择力学性能较优的4种多孔钛合金进行渗透性分析。结果表明,TO-S2结构的抗压、抗剪力学性能和渗透性能最为出色,适合作为压剪载荷类植入物的多孔结构。     

冲天炉结构设计优化

我公司生产的产品主要是烟机和自走式采棉机,多为薄壁类箱体,材质以HT250、HT300为主,质量要求较高。2009年公司采购青岛WCRL-3冲天炉1台,在初期试用时,出现铸件力学性能不合格现象:HT250抗拉强度只达230 MPa左右,HT300抗拉强度只达260 MPa左右,影响产品质量。为此,从冲天炉方     

多路阀阀芯节流槽拓扑结构的优化设计

针对挖掘机多路换向阀开启过程中所受稳态液动力使得操纵力过大的问题,基于ANSYS对阀芯节流槽进行热流固多物理场可视化研究,通过分析半圆形节流槽阀芯下流动状态,提出新型节流槽拓扑结构,并建立Non-Parametric Regression响应面模型,研究新型节流槽结构尺寸对稳态液动力与质量流率的影响。结合多目标遗传算法寻优求解,并对比分析优化前后流动状态及阀芯所受稳态液动力等。结果表明：新型节流槽结构能够降低稳态液动力,有效提高了多路阀开启过程的换向性能。     

精铸件结构优化设计实践

以6种典型的精密铸件为例，利用“6个千方百计”原则对产品结构进行优化设计，同时辅助有限元分析对优化结果进行再验证。通过减少大平面、避免深长孔、采用加强筋等优化措施，有效地避免了夹砂、鼓包、跑火、缩孔、裂纹等铸造缺陷，实现了少无切削和减轻铸件质量。     

减速机箱体的结构优化设计与铸造工艺优化模拟

对有限元方法与拓扑优化方法等结构优化设计技术在减速器箱体结构的优化设计特别是在轻量化和低噪音设计的原理、应用及效果进行了概述;介绍了利用铸造工艺分析软件对减速器箱体的充型和凝固过程的模拟结果。结果表明,模拟结果可用来预测铸造缺陷的形成、大小、分布及成因。可以快速经济地优化铸造工艺,消除铸造缺陷,提高铸件质量,降低生产成本。     

冲模结构优化设计的探索

通过对冲模结构设计进行分析和总结,找出有价值的东西,探索出了一条冲模结构优化设计的道路,为提高冲模设计质量和缩短制造周期提供新的思路。