基于滑块轻量化设计的减振研究

为了降低机械压力机的振动、提高工件质量,对压力机的曲柄滑块机构产生的惯性力特点进行分析,得出滑块质量是影响惯性力的主要因素之一。以减轻滑块质量、降低等效惯性力为目标,在不影响滑块强度和刚度的情况下,利用ANSYS Workbench的拓扑优化板块对滑块进行拓扑优化分析,通过仿真分析得出优化前后滑块的质量降低了16%,验证了该方法的可行性。同时,建立了压力机单自由度系统振动模型,以机身振动响应为目标,分析比较滑块拓扑优化前后的振动响应曲线。结果表明：滑块拓扑优化前后最大振动幅值降低了14.3%,验证了该方法的可靠性,能够为机械压力机的减振提供一定的参考。     

基于灵敏度分析的车门尺寸和拓扑优化

为了改善微型车X30的车门在使用过程中振动过大这一问题,利用Hypermesh建立该车车门的有限元模型,并对其进行模态分析。分析结果发现车门的一阶频率偏低,容易与白车身一阶弯曲频率发生共振。因此,基于灵敏度分析方法结合尺寸优化和拓扑优化方法对车门进行以提升车门一阶模态频率为目标的优化设计。首先,对车门各零部件进行质量灵敏度和一阶模态频率灵敏度分析,并定义相对灵敏度值;然后,根据相对灵敏度值结果选择合适的设计变量进行部件厚度的尺寸优化设计;最后,基于变密度法对相对灵敏值最大的部件进行拓扑优化,根据优化结果对该部件有限元模型进行修改。结果表明,在车门质量减少4.5%的情况下,车门一阶模态频率提高8.9%,有效地改善了车门的振动情况。     

大视场相位衬度CT转台轻量化设计

针对某大视场相位衬度CT实验装置转动惯量大、运动控制难、成像效率低等问题,采用有限元技术分析了原铸造转台的静动态性能,并以此作为设计约束,基于焊接结构重新对CT转台进行了轻量化设计。采用拓扑优化分析技术,对转台内腔材料分布情况进行了分析,然后根据材料拓扑结果布置了双夹层焊接形式的筋体结构。在OptiStruct中建立数学模型,以零件板厚作为设计变量,分析了板厚对转台质量、静刚度和系统一阶固有频率的灵敏度,并对转台板厚尺寸重新进行了优化匹配,最终优化后的转台相比原先转台减轻了57.6%。     

基于变密度法的压铸机模板拓扑优化设计

针对当前压铸机合模机构中模板质量大、成本高的问题，结合工程实际应用情况，采用基于变密度法的结构拓扑优化和尺寸优化联合设计方案，应用Optisruct软件分别对定模板、尾板和动模板进行了优化，建立了相应的拓扑优化设计模型，定义了优化目标函数和约束函数，研究了约束体积分数和惩罚因子对拓扑优化结果的影响。通过与优化前的模板结构进行比较，3大模板的总质量由74.68 t减少为66.35 t,减重率达11.5%,且应力分布更加均匀。     

大型快锻压机活动横梁轻量化设计研究

快锻液压机活动部分重量对控制精度及能耗影响较大,是主机中的关键零部件。目前的活动横梁存在质量较大、刚度不匹配等问题。因此,本文以大型快锻压机的活动横梁为切入点,应用拓扑优化、响应面分析等技术,建立以刚度为约束,质量最小为目标的有限元模型,求得活动横梁的拓扑优化结果及内部筋板的最优尺寸,之后进行模型重构,并对优化后的结构刚度进行验证分析。优化后的活动横梁减重比为4.3%,受力最大变形降低率为19.4%,同时活动横梁的前六阶固有频率均有所提升。优化后活动横梁质量减小,刚度略有提升,节约材料成本约20万元,并提升了压机的控制精度及锻造频次。     

基于多目标的机床结构优化设计研究

在考虑地脚支撑对整机性能影响的前提下,提出了一种确定机床整机优化目标、并基于拓扑分析与多目标尺寸分析对机床整机性能进行优化的方法。通过有限元仿真的方法对整机进行动静态特性分析,以识别整机动静态特性中的薄弱环节与易轻量化环节。选取床身结构为优化对象,首先通过仿真分析了地脚数量与结构固有频率的关系,对地脚支撑数量及其布局进行了优化。进而以地脚支撑优化结果作为床身结构优化的边界条件,基于元结构的多目标优化方法,确定了床身的拓扑结构及关键尺寸参数。结果表明,在整机质量减轻174kg的情况下,优化后的砂轮最大响应幅值减少25%以上,最大响应幅值对应的频率提高10%以上,验证了文中提出方法的有效性。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

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。     

基于ANSYS Workbench的数控折弯机的优化设计

文章利用有限元方法,借助Ansys workbench 14.0,以减重为优化目标,在保证结构具有足够强度和刚度的基础上,对原有某折弯机结构分别进行了尺寸优化和拓扑优化,给出了结构的优化模型。同时,对结构中不满足强度和刚度要求的部位进行了改进。尺寸优化后,滑块的最大位移降低19%,最大等效应力降低44%;机架的危险部位最大等效应力降低56%,机架的质量降低了12.7%。拓扑优化后,机架的质量减轻了19.1%。折弯机的综合性能得到大幅提升。     

数控铣床床身静动态特性分析与优化

针对某数控铣床床身的结构薄弱处,提出一种基于灵敏分析以及试验设计方法的床身优化设计方法。建立床身的有限元模型,在其工况下进行静力学和模态分析,在此基础上对其主要设计尺寸进行Box-Behnken试验设计,并进行灵敏度分析和建立响应面模型,采用多目标优化算法对其优化。优化结果表明:采用此方法优化后,床身的最大变形量减小了20.8%,前三阶加权固有频率提高了13.3%,质量减小了3.3%,为床身的优化设计提供了一种新思路。     

基于拓扑优化的薄壁零件装夹布局确定方法

在复杂薄壁件加工过程中,合理的定位点配置可以有效降低加工变形。为了解决薄壁件定位支撑结构的优化设计问题,文章建立了以刚度为目标函数,体积为约束函数的拓扑优化模型。模型将夹具与工件看作同一实体,采取多组件多约束的拓扑优化方法,利用大型商用软件Ansys Work-bench中的拓扑优化设计模块对零件的定位支撑结构进行拓扑优化设计,并对不同支撑条件的变形仿真结果进行了比较,证明了拓扑优化方法在夹具设计中应用的可行性。     

高刚性轻量化研球机床身结构优化设计

为提高研球机床身的静动刚度并减少床身质量,建立床身结构的有限元模型,通过有限元分析获得机床床身的静动态特性以及低阶固有频率。在此基础上利用尺寸优化和拓扑优化设计方法,对其进行了以减轻质量和提高结构刚度为目标的结构优化设计,最终完成对床身的综合优化。将优化后的床身与原床身进行比较,结果显示:综合优化后的床身最大变形量减少了19.45%,最大应力减小了12.24%,床身的质量下降了3.52%,并且前5阶固有频率均有明显提高。通过综合优化,提高了床身的工作性能,减轻了床身质量,该研究结果对提升机床床身刚度提供参考。     

直驱机床矿物质材料龙门框架优化设计及分析

为了加工直径320 mm,高度250 mm的工件,在保证各类相关尺寸的情况下设计了一种床身和龙门框架为矿物质材料的五轴直驱复合加工中心。为了减轻机床的质量并降低其重心,对矿物质材料龙门框架进行以提高模态性能和柔度最小化为目标的拓扑优化设计,再用多目标遗传算法对拓扑优化后的龙门框架进行尺寸优化,并前后多次对其动、静态性能进行仿真分析和比较。对比市场现有铸铁龙门框架与最终优化后的矿物质材料龙门框架,结果显示：矿物质材料龙门框架质量上降低了15.03％,最大变形降低了8.7％,最大应力降低56.68％,一阶固有频率增大了23.45％。优化后的矿物质材料龙门框架在静、动态特性以及轻量化方面都要明显优于铸铁龙门框架支承件。     

轿车顶盖刚性不足问题的探讨及解决方案

针对轿车顶盖实际生产中容易出现刚性不足、内凹陷、开裂、起皱等质量缺陷,运用冲压成形CAE软件Autoform对顶盖冲压工艺进行了仿真分析,对拉深模面进行了优化设计。试制结果表明,上述问题得到了解决,同时保证了尺寸精度和外观质量,减少了后期模具及夹具调试时间,大大地降低了生产成本。     

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。     

基于高质量和低振动的铣削参数优化方法研究

针对数控铣床在切削过程中产生的振动对工件表面质量的影响,提出以低振动和高表面质量为优化目标,对切削参数进行优化。以VDF-850A铣床为研究对象对45号钢进行铣削正交试验,通过建立振动采集系统,采集振动信号提取振动特征值并测量工件表面粗糙度值,应用最小二乘法拟合数据建立了振动和粗糙度数学模型。利用层次分析法确定两目标函数权重,使用平方和加权法对两目标函数加权拟合成综合目标评价函数,运用粒子群算法优化切削参数。试验结果表明:应用粒子群算法优化后的切削参数进行加工可有效的降低振动和提高表面质量。     

超声振动辅助ELID复合内圆磨削系统中大负载变幅器的设计及应用

为解决超声振动辅助ELID复合内圆(UAEI)磨削陶瓷等硬脆材料的声学系统设计难题，对驱动几何尺寸大、质量重的金属结合剂金刚石砂轮用的小端较长的变幅器进行理论设计及优化。基于弹性波在介质中的传播规律，利用MATLAB确定变幅器取值方案，再根据加工要求并结合ANSYS模态分析筛选出符合要求的方案，然后采用零阶算法进一步优化处理，得到满足几何尺寸、应力及振动频率要求的变幅器尺寸。对设计出的变幅器进行振动特性测试，其谐振频率理论误差为0.192%～1.824%，符合预期设计要求。采用研制出的UAEI磨削系统进行加工特性测试，与在线电解修整砂轮(ELID)内圆磨削比较，其工件的表面粗糙度降低了44.2%，且工件三维形貌更加平整，砂轮表面状况获得改善。      

基于响应面法的埋弧焊磁控传感器参数优化

为解决磁控埋弧焊传感器焊缝跟踪信号不稳定性、成形质量差等问题,采用BBD(Box-Behnken design)设计试验方案,基于响应面法建立了的埋弧焊焊缝自动跟踪磁控传感器参数(励磁频率、励磁电流、磁极高度、焊接电流)与预测响应值(焊缝跟踪信号、熔宽)的数学模型,并检验数学模型在试验点上的拟合情况,以能够根据跟踪信号质量和焊缝成形的要求优选传感器参数. 并通过优化传感器参数来预测埋弧焊焊缝跟踪信号质量以及焊缝的熔宽,实现跟踪信号与焊缝成形的最佳组合,以提高磁控埋弧焊的焊缝跟踪精度及焊接质量.     

矩形花键冷挤压成形工艺参数多目标优化

针对矩形花键冷挤压成形中出现齿形充填不饱满和成形力过大的缺陷问题,以x1(坯料直径)、x2(坯料初始倒角)、x3(入模半角)为优化变量,采用响应面法结合有限元数值模拟对花键冷挤压成形工艺参数进行多目标优化。根据实验设计结果分别建立了两个目标函数的二阶响应面模型,方差分析结果表明,模型预测精度高并能够较好地描述两个目标函数关于设计变量的响应。在优化范围内得到矩形花键轴成形最优工艺参数为:x1=Ф48.5 mm,x2=20°,x3=15°。将优化后的工艺参数进行实际验证,结果表明:前端塌角量降至0.27 mm,最大成形力降至1300 k N。工艺试验证明了采用多目标优化得到的工艺参数可以获得合格的产品。