氢燃料电池客车车架有限元分析及多刚度拓扑优化研究

以氢燃料电池客车车架为研究对象,首先应用HyperWorks建立12米氢燃料电池客车车架的有限元模型,然后对车架的9种典型工况进行有限元分析。最后,根据车架有限元分析结果,采用变密度法拓扑优化理论,以车架应变能最小作为目标函数,车架体积比作为边界条件,进行多工况下车架结构的多刚度拓扑优化研究。结果表明,通过多刚度拓扑优化可以提高车架的强度和刚度,并且实现车架轻量化,使之减重14.9%。     

校车底盘车架结构静动态特性拓扑优化设计研究

针对一款城市专用校车底盘车架结构一阶固有频率偏低的问题,研究了其拓扑结构与静动态特性之间的关系,提出了基于静动态特性的校车底盘车架结构多目标拓扑优化设计方法,即以多工况下的底盘车架结构静态刚度和一阶固有频率最大为目标函数,以拓扑区域体积比为约束函数,建立其结构拓扑优化模型,利用Hyper Works的Optistruct软件对底盘车架结构进行多目标拓扑优化设计,结果表明,优化设计的底盘车架结构在静态刚度保持不变的前提下,其动态一阶固有频率提高了34.6%,较好地解决了校车底盘车架动态特性较差的问题。     

货车车架多目标拓扑优化

为了减轻货车车架质量,并提高车架结构的刚度和低阶频率,基于固体各向同性材料惩罚模型材料密度插值法与折中规划法,建立了以柔度最小化和低阶频率最大化为目标的模型,对车架进行拓扑优化,得到最佳传力路径。根据最佳传力路径重新构造车架模型,并进行静动态分析。与原模型相比,新模型减轻了质量,提高了刚度与低阶频率,实现了优化目标。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。     

60MN力标准机承压板结构多目标拓扑优化研究

针对60 MN力标准机承压板结构轻量化拓扑优化时,既要求结构的刚度最大化又要求结构的低阶固有频率最大化的多目标拓扑优化问题,提出了针对多个目标采用加权平均的方法把多目标优化问题转化为单目标优化问题。通过对选定的多个低阶固有频率目标函数采用加权求平均频率的方法实现了承压板结构的动态特性优化;采用加权平均的方法确定了刚度和频率的综合目标函数,实现了承压板结构的多目标拓扑优化,最终设计出了一种新的承压板结构。研究结果表明,优化后的承压板结构的最大变形量减少了25.5%,最大应力减少了14.1%,前五阶固有频率增加了5.7%~13.2%;可以看出新的承压板结构的前五阶固有频率和静态刚度均得到显著提高,从而验证了该优化方法的可行性。     

某牵引车车架多目标拓扑优化设计

为了得到同时满足静态多工况刚度和动态振动固有频率要求的某牵引车车架结构,将拓扑优化的方法引入到车架的结构设计中。采用折衷规划法定义多刚度拓扑优化的目标函数的数学模型,而振动固有频率拓扑优化的目标函数的数学模型则采用平均频率法定义,综合刚度与振动固有频率的多目标函数的数学模型也采用折衷规划法定义。通过优化得到同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构。通过在Hyper Works软件中对车架进行静态和模态仿真,仿真结果表明,车架性能满足工作要求,这也验证了对牵引车车架进行多目标拓扑优化设计是合理可行的。     

巴哈赛车车架多目标拓扑优化设计

为了实现巴哈赛车车架的轻量化,以车架刚度和频率为优化目标,采用折衷规划法归一化子目标建立综合目标函数,运用灰色关联分析法评价子目标权重系数,对车架进行拓扑优化;根据拓扑优化的结果对车架进行二次设计,在保证刚度和安全使用条件下,对车架管件进行尺寸优化.分析结果表明,改进后的车架的刚度性能、强度性能和模态固有频率均有提高,车架减重24.1％,证明了优化设计的有效性和可行性,并为车架的相关设计提供了借鉴和参考.     

微型客车车架多目标拓扑优化

为了设计合理可靠的微型客车车架,应用折衷规划法建立以柔度最小和低阶固有频率最高为目标的多目标拓扑优化数学模型,基于固体各向同性材料惩罚模型进行优化。基于拓扑优化结果,构造微型客车车架的三维模型,并对车架进行静态和模态分析,确认车架满足工作性能要求,由此验证了微型客车车架多目标拓扑优化方法的合理性与可行性。     

氢燃料电池客车车架动态特性分析与优化研究

以氢燃料电池客车车架为研究对象,首先应用HyperWorks建立氢燃料电池客车车架的有限元模型,然后对车架进行无约束模态分析,得到车架前十阶固有频率及振型,并对车架进行频率响应分析,得到车架高应力区域的动力响应与振动频率的关系曲线。最后,根据车架动态特性分析结果,对车架进行参数化优化设计。结果表明:经过优化后的车架减重4.09%,在扭转工况下的最大应力为169MPa,最大变形为6.37mm,车架强度与刚度得到提高。车架的固有频率可以避开主要外部激励频率,从而避免共振现象的发生。车架频响分析动力响应峰值整体减小,尤其当频率在68～71Hz时,接近车架的第十九阶固有频率,车架位移响应曲线几乎失去共振峰,车架抗振性能增强。     

电动自行车主车架结构的优化设计

对某电动自行车钢结构主车架进行计算机优化设计,并选用镁合金材料来减轻质量。利用拓扑优化和尺寸优化技术获得新的车架结构和管件尺寸,并进行静力分析和模态分析。与原钢架相比,优化后的镁合金主车架质量减少60%,固有频率提高。结果表明,新结构的强度和刚度达到设计要求。     

基于多频拓扑优化的深孔机床床身动态分析

为了提高深孔钻床床身的抗振性并减轻重量,将多频拓扑优化技术引入床身的结构设计,对其进行了动态特性研究。首先利用ANSYS有限元分析软件对原床身结构进行了模态分析,识别出床身结构的薄弱设计;其次,以床身的前三阶固有频率最大化为目标函数,以床身质量为约束条件,对床身进行多频拓扑优化;在此基础上,根据密度云图所示材料分布,对床身筋板进行重构设计;最后,对优化前后的床身进行谐响应分析,对其动态性能进行了验证。结果表明:优化后床身的前三阶固有频率显著提高,同时质量也下降了4.08%,从而达到了提高其动态性能和减重的优化目标。     

变载荷铣削力影响下的加工中心床身结构优化设计

针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。     

基于HyperWorks某载货电动货车车架结构优化设计

目前许多厂商推出的电动货车均是在原有轻卡车型的基础上做简单改进,并没有针对电动货车的动力系统布置形式、整车质量分布、使用工况和轻量化需求等特点进行专用化的车架结构设计.针对上述问题,对某国产电动货车车架进行了性能分析,并利用多目标拓扑优化对该车架进行了轻量化设计.结果表明:优化后的结构降低了车架质量,提升了车架的使用性...     

某车型铝合金前副车架拓扑优化概念设计

首先采用虚拟路面整车模型动态提载的方法确立了原钢制副车架各硬点在典型工况下的载荷，以此载荷作为铝合金副车架拓扑优化概念设计阶段的载荷输入。在Hypermesh的Optistruct模块对原副车架包络体进行拓扑优化，将体积百分比和加权柔度作为优化响应，以最小化加权柔度为目标，以体积百分比为约束条件，并引入对称约束与制造约束，进行多工况拓扑优化，获得了副车架最佳受力结构。采用材料替换的方法以铝代钢，拓扑优化概念设计后的副车架在不低于原副车架性能目标的前提下实现减重1.84kg，轻量化率达11.5%。通过对概念阶段的铝合金副车架进行性能分析，结果表明，铝合金副车架满足设计要求，此方法对于副车架概念设计阶段具有一定的可行性。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

基于拓扑与尺寸优化的电动环卫车车架轻量化设计

针对某款电动环卫车车架进行轻量化研究。以减轻车架质量为目标,应用拓扑优化及有限元法进行优化。首先对车架进行了考虑碰撞荷载的多目标拓扑优化,获得车架在碰撞荷载下的最佳结构分布,利用CATIA对改进方案进行模型重建,改进后车架的总质量降低了3.3%。然后基于组合优化算法,以车架矩形梁截面参数为设计变量对车架进行了轻量化研究,优化后车架的总质量较初始值降低了13.7%。该研究方法提高了优化的效率和精度,丰富了车架设计优化方法。     

龙门导轨磨床立柱的多目标拓扑优化

以多工况下的应变能和结构振动固有频率为优化目标函数,对龙门导轨磨床立柱进行多目标拓扑优化。将质量小于1.3t做为约束函数,得到最佳质量分布云图,根据质量分布云图重新对立柱部件进行结构设计,再对新立柱做进一步的多目标参数优化,采用同样的约束函数和目标函数完成尺寸优化。优化结果表明,质量减少18%,最大总位移减少6.7%,第一阶固有频率提高11%。实现了在减少材料使用的情况下提高立柱动静态特性的轻量化设计目标。     

基于TOSCA软件的精密卧式加工中心滑板的拓扑优化方法

研究了精密卧式加工中心"框中框"结构中关键结构件滑板的拓扑优化方法,提出了一种新的拓扑优化设计思路。首先在满足装配边界条件下最大限度地放开初始优化模型的设计区域,实现滑板的外轮廓拓扑优化;基于外轮廓结构设计得到二次拓扑优化模型,在约束外轮廓的基础上实现了滑板内部筋板的拓扑优化,最终得到一种新的滑板结构设计方案。在设计中以滑板结构多工况加权静态应变能最小,1阶固有频率最大为目标函数,以体积比为约束条件进行拓扑优化设计。采用新结构的滑板的静刚度在X,Y,Z三个方向均得到了提高,1阶固有频率提高了15.7%,质量减轻了6.5%,提出的优化方法对机床大件的拓扑优化具有重要的指导意义。     

某车架结构基于灵敏度分析的优化设计

建立了某自卸车车架有限元模型,通过模态试验和模态有限元分析得出了车架固有频率,并且验证了该模型的准确性和合理性。依据车架结构的灵敏度分析结果来选择设计变量,在保证车架低阶模态频率和强度的前提下,以车架轻量化为目标优化车架构件厚度,实现了车架质量8.0%的降低幅度;在控制车架质量和强度的条件下,以提高车架低阶模态频率为目标,实现了车架结构的低阶模态频率和动态性能的提高。