基于拓扑优化的装载机工作装置结构轻量化设计

基于拓扑优化对装载机工作装置结构进行轻量化设计,建立装载机工作装置的有限元模型,在五种工况下对工作装置进行有限元分析,得到应力云图,显示动臂的应力裕量较大。通过HyperWorks软件Optistruct模块建立动臂参数化模型,以质量最轻为目标函数,以动臂两侧板各单元相对密度为设计变量,以结构强度和刚度为约束条件,进行轻量化设计。结果表明,在满足结构强度和刚度的条件下,动臂的质量减轻19.25%。对优化前后的动臂实体模型进行模态分析,确认前六阶频率和振型变化不大,动臂的动态性能稳定可靠。     

基于结构可靠性的控制臂轻量化设计

通过对某轿车控制臂的原模型刚度和强度进行有限元分析,基于结构可靠性要求,以控制臂本体截面尺寸为设计变量,以总体积最小为优化目标,建立控制臂的轻量化设计模型。应用OptiStruct软件进行尺寸优化分析,最终得到满足结构可靠性要求的轻量化设计方案。     

基于代理模型的机械式挖掘机动臂轻量化设计

动臂是机械式挖掘机工作装置的重要组成部分,如何减轻动臂质量是挖掘机结构设计中最为关注的问题。动臂结构复杂,利用传统的高精度仿真模型进行仿真优化需要耗费大量的时间和精力。我们以太原重工WK-55型机械式挖掘机动臂为研究对象,利用三维建模软件SolidWorks和有限元分析软件ANSYS建立动臂参数化模型,对其进行静力学分析。选取动臂上翼板、腹板和下翼板厚度作为轻量化的优化设计变量,利用代理模型技术对结构进行优化。结果表明,在动臂结构满足刚度、强度要求的情况下,质量减小了3.5%。证明代理模型优化方法对动臂轻量化设计具有一定指导意义。     

基于响应面法的无轨门机T型架优化设计

针对无轨门机T型架设计存在冗余的现象,在满足设计要求的前提下,对T型架进行优化设计。以某无轨门机T型架的结构尺寸与板厚为初始设计变量,以刚度、强度与结构自重为输出响应,通过ISIGHT中的最优拉丁超立方设计方法生成初始样本点,利用试验分析筛选出最终设计变量。利用ANSYS与ISIGHT软件,建立响应面近似模型,以T型架的刚度与强度为约束条件,其结构自重最轻为优化目标,采用多岛遗传算法进行全局寻优。结果表明:该优化方法使T型架的质量减轻了36.12%,轻量化效果较为明显,为无轨门机T型架的设计与改进提供了一定的理论依据。     

大客车车身骨架多学科协同优化设计

对某全承载大客车车身骨架结构进行包括轻量化、刚度、强度、振动模态和翻滚的多学科设计优化,以提高客车的综合性能.为克服客车翻滚分析的高度非线性带来的寻优困难,并解决结构有限元分析的低效问题,建立各学科的近似模型.首先建立大客车车身结构有限元模型,其中刚度、强度以及振动模态分析由Msc.Nastran完成,翻滚分析由显式动力学软件Ls-dyna完成.其次结合工艺要求和灵敏度分析结果,选择出各学科的设计变量,用优化的拉丁方方法完成试验设计.在此基础上,采用响应面方法建立各学科结构响应的近似模型.建立客车车身骨架结构的多学科优化模型,并用协同优化方法求解.结果显示,优化后的设计方案在轻量化、刚度、强度、模态振动和翻滚安全性方面均优于原设计方案.     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重，降低动力系统能耗，提高控制响应速度，文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先，选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样；其次，采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面，代替有限元模型提高计算效率；最后，以主臂米塞斯应力为约束边界，以主臂轻量化为优化目标，采用蒙特卡洛法求解优化问题，得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中，验证优化结果的正确性。优化后，主臂总质量降低28%，达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计，提供了良好工程案例。     

基于拓扑优化与6σ稳健性的检修工装支撑座轻量化设计

为了充分发挥踏面制动单元(TBU)检修工装支撑座的轻量化潜力和提高优化设计的可靠性与稳健性,提出将拓扑优化与6σ稳健性优化相结合的优化策略。通过基于变密度法的拓扑优化设计,提取支撑座的拓扑结构。基于中心组合试验设计方法和有限元数值模拟技术建立系统的响应面模型。基于该模型建立支撑座的6σ稳健性优化设计模型,并采用序列二次规划法进行优化求解,利用均值一次二阶矩法获得优化结果的可靠度并转化为相应的σ水平。结果表明,优化后的支撑座各设计变量、强度和刚度的可靠度均为1,均达到了8σ水平,减重率达67. 0%,轻量化效果显著;且与拓扑优化后对其进行传统的确定性轻量化设计相比,该方法不仅使支撑座的强度和刚度得到了增强,而且还提高了优化设计的可靠性、强度与刚度的稳健性和重量的一致性。证明了该方法的有效性。     

基于振动特性的多学科多目标摩托车优化

以摩托车强度、刚度、轻量化为约束条件,以响应面法为基础建立多学科多目标优化方案.运用Hypermesh建立有限元模型,通过Radioss进行计算,并以Hyperstudy为优化平台.采用正交实验设计对优化变量进行灵敏度分析,运用拉丁方实验设计获取采样数据点,利用移动最小二乘法构建响应面模型,结合多学科、多目标优化设计方法进行结构优化,实现提高车架结构特性和摩托车动态特性的目标.     

光伏板清扫机器人支撑架轻量化优化设计

以光伏板清扫机器人支撑架为例提出了1种基于拓扑优化与响应面法相结合的轻量化设计方法。对支撑架受力进行有限元分析并对模型拓扑优化;然后利用Box-Behnken设计实验得到7个设计变量的数值模拟样点,通过响应面方法进行2次回归拟合得到响应面模型;最后,利用非支配多目标遗传算法对近似模型进行了迭代优化计算,得到Pareto最优解集。结果表明:轻量化优化后的支撑架的质量减轻了24.6%,应力下降了1.007 MPa。     

LNG车载气瓶支架的轻量化设计

以某半挂车储气瓶支架作为研究对象,使用有限元仿真软件对其开展了刚度及强度计算,并根据计算结果运用变密度法对支架结构进行了拓扑优化,最终根据拓扑最佳优化结果建立了新的支架模型并二次分析验证其有效性。在此基础上,以各杆件壁厚作为设计变量,以最小质量、强度、刚度为目标条件,运用响应面法筛选出支架各杆最优厚度组合。优化后的模型相比原模型最大应力、最大变形量及质量都有所减少,表明拓扑优化结合尺寸优化组合是一种非常有效的轻量化优化方法。     

基于ANSYS的旋挖钻机动臂的拓扑优化设计

为了寻求旋挖钻机动臂结构的最优分布,实现动臂的轻量化,以某旋挖钻机动臂为研究对象,提出了基于均匀化方法的拓扑优化法,并将其应用到动臂的优化分析中。以动臂体积最小作为优化目标,动臂结构柔度作为约束条件构建数学模型,依据优化结果改进动臂结构,并对改进后的动臂进行了静力分析。结果表明,改进后的动臂在满足结构强度与刚度的同时,使用的材料与原设计方案相比减少了15%,实现了动臂最优分布与轻量化设计,为后续动臂的设计提供了参考。     

基于径向基函数神经网络的白车身减重优化研究

针对白车身变量多、性能响应复杂问题,在车身结构的板厚优化设计中引入近似模型方法,提高设计效率。以某轿车车身结构为轻量化设计对象,通过灵敏度分析确定优化设计变量,基于径向基函数神经网络近似模型进行全局优化,在不降低刚度和模态性能的情况下实现白车身减重目标。通过最优拉丁超立方试验设计构造样本点,用径向基函数神经网络法构造刚度和模态的近似模型,并用自适应模拟退火法进行优化求解。结果表明,径向基函数神经网络模型能较好地模拟车身结构刚度和模态响应问题,提高了整体的设计效率。通过有限元模型的验证,基于近似模型的优化结果精度较高,实例白车身减重达5.73%。     

基于ANSYS的梳齿塔库提升平台结构优化设计

根据梳齿塔库提升平台的需求,建立三维实体模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对提升平台进行静力学分析,分析结果显示其强度和刚度均满足设计指标要求。基于建立的提升平台模型,以梳齿结构为优化对象,构建Kriging响应面模型,运用多目标遗传算法获得Pare to前沿解集,进而得到优化的梳齿结构并进行偏载工况验证。验证结果表明,有限元仿真分析、响应面模型和多目标优化算法的结合应用,能够保证提升平台在满足强度和刚度的情况,快速确定关键受力构件的合理结构尺寸,实现提升平台的轻量化设计,降低制造成本。     

基于拓扑优化的适配器支撑架轻量化设计

以某支撑架为研究对象,采用有限元分析结合拓扑优化的方法,在Workbench平台上对支撑架进行结构轻量化设计。首先,利用UG软件建立支撑架初始结构的力学模型并基于Workbench软件进行静力学分析;在此基础上,进行拓扑优化,优化目标是在满足支撑架刚度和强度的前提下,对其进行轻量化设计;根据优化后的结果结合经验设计方法,对原始支撑架进行了重构设计并进行有限元分析验证。结果表明:改进后的支撑架结构,质量减小了82.37%,实现了轻量化设计。     

面向轻量化的重型卡车板簧压板优化设计

根据企业对板簧压板进行更换原材料QT500-10为ZG650-830的要求,为降低成本,需对其进行轻量化设计。采用Ansys Workbench建立了板簧压板的参数化有限元模型,以其内腔相关参数为设计变量,通过实验设计生成设计参数样本空间,经有限元求解得到样本点的响应面,同时通过对设计变量的灵敏度分析,确定结构参数优化方向。采用乘除法给出多目标优化的数学模型,利用Workbench进行尺寸优化设计,得到板簧压板的一次轻量化模型;然后对一次轻量化模型进一步进行拓扑优化,得到其最终轻量化模型。研究表明,轻量化后的板簧压板满足强度与刚度要求,结构安全性能提高,与原结构相比减重比达26.78%。     

基于响应面法的高空作业车伸缩臂轻量化分析

文中针对目前高空作业车伸缩臂壁厚设计不合理而导致伸缩臂整体质量偏大、作业时笨重缓慢的现状,对某型高空作业车伸缩臂进行轻量化分析。对高空作业车上装结构进行模型进化得到伸缩臂的三维模型,分析确定了伸缩臂的最危险工况为30°,计算得到了轻量化设计需满足的强度及刚度条件。在此工况下,以伸缩臂各节臂壁厚参数为设计变量,以伸缩臂总质量为优化目标,利用Workbench对不同壁厚参数下伸缩臂模型有限元分析得到的应力及变形数据进行非线性拟合,再利用响应面优化得到最佳的壁厚参数组合。在满足设计要求的前提下,优化后的伸缩臂总质量较优化前降低了227 kg,减重比例达到了36.3%。     

基于拓扑与尺寸优化的某型飞机起落架扭力臂轻量化设计

为提高某型飞机的性能,实现起落架轻量化的设计目的,对起落架扭力臂强度进行分析和结构优化,利用SolidWorks软件完成扭力臂组件的三维建模,基于ANSYS Workbench对扭力臂进行应力应变分析,采用拓扑优化方法获得新的材料分布,通过Matlab对重构模型的7个显著参数进行响应面建模,并用遗传算法获得其最优的结构尺寸.结果 表明,该方法切实可行,为扭力臂轻量化设计提供了新的思路.     

基于响应面法的龙门混凝土浇灌机优化设计

龙门混凝土浇灌机作为一种新型的混凝土浇灌设备,其设计多依赖于经验,设计的机身结构有较大的刚度、强度余量。为了充分发挥材料的承载性能,减少结构自重,提出了一种以龙门混凝土浇灌机各主要构件板厚为设计变量的优化方法。优化方法基于龙门混凝土浇灌机有限元模型,采用多学科优化软件ISIGHT中的拉丁超立方试验法对有限元模型进行灵敏度分析,筛选出对目标函数和约束函数影响较大的设计变量。利用筛选出的设计变量构建目标函数的响应面近似模型,最后采用多岛遗传算法对目标函数寻优。优化结果表明,在保证结构性能的前提下,龙门混凝土浇灌机结构质量减少了3 979 kg,与优化前质量相比降低了16. 7%,优化效果显著,对龙门混凝土浇灌机的结构设计及改进有重要的实际意义。     

增速齿轮箱行星架有限元分析及结构优化

以轻量化设计为目的,在满足强度和刚度的条件下,对增速齿轮箱的行星架进行结构优化设计。首先运用有限元方法对行星架进行强度和刚度分析,并选择对行星架质量有重要影响的结构尺寸为设计变量;然后利用高端网格变形软件建立行星架的网格参数化模型,进而建立以减轻质量为目标的行星架优化模型。最后结合Isight多学科优化软件进行优化分析,得出了合理的行星架轻量化结构尺寸。对优化后的行星架进行模态分析,其固有频率完全避开了啮合频率,确保不会发生共振现象。     

基于自适应近似模型的液压挖掘机轻量化设计

为解决挖掘机工作装置传统设计保守，导致大量能源资源消耗以及严重的环境排放问题，提出一种基于自适应近似模型的结构轻量化设计方法。计算结构设计参数对质量、变形和应力的综合贡献度，筛选作用显著的参数作为设计变量。构建近似模型资源池，根据最大的决定系数自适应构建近似模型的响应面。在此基础上建立以最小质量为目标，应力与变形为约束的优化模型，结合遗传算法开展结构轻量化设计。结果表明所提方法实现某型号液压挖掘机动臂减重9.38%,并通过仿真验证应力和变形满足动臂的设计要求。