基于多模型拓扑优化方法的车身结构概念设计

为获得最优的初始设计方案,在车身概念设计阶段对车身结构进行拓扑优化。车身结构性能指标综合考虑整体刚度、局部动态刚度和碰撞性能,采用多模型优化(multi-model optimization,MMO)方法解决此类复杂工况的拓扑优化问题,通过调节设计空间和设置参数,获得车身最优载荷路径。根据拓扑优化结果初步形成车身框架结构,可为后期详细设计提供参考。     

基于变密度法的飞行器升力面结构多目标拓扑优化设计

为研究权衡结构刚度与低阶振动频率的飞行器升力面最优结构设计,提出两种多目标拓扑优化方案（约束法、结合约束法与评价函数法）.基于变密度方法,在约束法方案中将多目标优化转化为设定参考点位移约束和低阶振动频率约束下,求解结构质量最小化的优化问题.在结合约束法与评价函数法方案中,定义组合柔度指数为评价函数（结构柔度与振动频率的函数）,将多目标优化转化为设定低阶振动频率约束和体积分数约束下,求解结构最小组合柔度指数的优化问题.结果表明两种方案的优化结果具有一定的相似性,各有所长.优化设计不仅减轻了升力面结构重量,而且提高了结构的一、二阶振动频率.     

基于ANSYS的减温器热固耦合应力仿真

对某电站面式减温器筒体内壁承受低温冷凝水滴的部位进行理论应力计算,同时基于ANSYS对相同工况下的减温器进行间接的热固耦合应力仿真.结果验证低温冷凝水间断滴落是导致筒体内壁产生辐射状裂纹的最大根源,并从理论上通过线性插值推导得知低温冷凝水滴的温度低于207.5 ℃.仿真结果与理论计算结果偏差不超过10%,吻合较好,且后者更保守.结果可为结构设计更复杂的承压设备强度校核提供参考.     

基于Abaqus的某柴油机排气歧管热固耦合分析

排气歧管在工作状态下会承受很高的环境温度,而在较高的环境温度下金属材料的力学性能和热学性能通常会发生较大变化.通过添加实测的各种部件材料随温度变化的性能参数,介绍某柴油机排气歧管热固耦合分析过程,展现使用AVL系列软件与Abaqus软件进行的排气歧管热固耦合分析流程.     

多电平逆变器拓扑结构的优化

该文在研究传统的级联型多电平逆变器的基础上提出了一种多电平逆变器基本构成单元的概念,并从这一概念出发,提出了基于基本构成单元串-并、并-串思想生成多电平逆变器拓扑的方法.以此方法得到的大量多电平逆变器拓扑,不仅涵盖了已有的基本多电平电路拓扑,而且得到一些新的拓扑结构,从而将多电平变换拓扑统一在基本构成单元的概念之内.为了验证所得到拓扑的正确性,以串-并拓扑为例,进行了仿真和实验验证.这一概念也为多电平逆变器新拓扑的生成提供了思路.     

基于热-流-固耦合方法的涡轮叶片数值计算

将流体动力学方法与有限元方法相结合,在定常流场分析的基础上,采用单向和双向热、流、固耦合的计算方法获得了转子叶片在设计工况下的应力和变形情况,并比较了两种方法的计算结果.单向耦合计算中分析了离心、气动、热载荷对叶片应力、变形的影响,并按照斯贝发动机EGD-3应力标准对叶片强度进行了校核.计算结果表明：两种计算方法在涡轮叶片强度分析中是可行的,双向耦合能更准确地反映转子叶片的真实工况.     

防摆吊具刚柔耦合动力学分析与结构拓扑优化

传统吊装夹具应用在有色金属板电解、检测、分拣等工序的搬运等过程,易会出现摆动磕碰等情况,需要设计一种在吊装运动过程中可以防止金属板摆动和减少对金属板表面质量损坏的防摆机构。通过在Pro/E中建立吊装夹具三维模型并装配出整体机构,由于防摆机构在工况下高速运动并且为薄板零件,所以通过柔性体替代刚体进行动力学分析,以模仿真实运动情况。利用HyperMesh做模态分析,导出MNF文件到ADAMS中,建立机构的刚柔耦合模型。动力学分析输出各构件在防摆机构夹紧运动过程中各铰接处的受力情况以及接触处的冲击载荷。利用OptiStruct进行拓扑优化使得机构整体结构减重48.1%,减轻工业机器人的工作负载,减少对金属板表面的冲击,以获取更好的运动性能。     

求解复杂耦合问题的多系统优化方法

由于复杂耦合问题具有多系统、多目标、多约束、多尺度和不确定等特点,急需一种求解此类问题的高效智能优化方法.为此,借鉴多种群进化算法的智能平行特征,利用种群间进化信息的继承和交互作用,提出一种多系统优化方法.首先以子种群来代表子系统的优化环境,通过子系统内的进化操作求解各自的优化子问题;然后通过子系统间的迁移操作,即利用变量共享、目标函数和约束条件的相似程度来实现子系统间的信息迁移与反馈,加速整个问题的全局优化;最后将该方法应用到基准函数和具有多系统优化特征的三级供应链网络,仿真实验表明所提出的方法可行且有效.     

基于类桁架的多工况下平面Prager结构拓扑优化

为开展多工况下曲面结构的拓扑优化,采用两向正交类桁架连续体材料模型和有限元分析方法,以杆件在结点位置的密度和方向为优化设计变量进行结构优化。根据有限元分析结果,采用满应力准则法优化各单一工况下的材料分布。按照多工况与各单工况下材料的方向刚度最大值的差值最小为原则,优化多工况下的杆件方向和密度分布。将杆件竖直位置的质心连线作为拓扑优化的平面Prager结构,以3个算例表明该方法的有效性。     

某商用车鼓式制动器热固耦合分析

针对汽车制动鼓温度试验测试成本高、周期长等问题,利用Abaqus建立某商用车鼓式制动器有限元模型,采用完全热固耦合法分析制动鼓的温度场和热应力分布。仿真结果表明：紧急制动工况时,制动鼓的最高温度为156.5 ℃,最高热应力为130 MPa。有限元分析可快速获取制动器在工作状态时的温度和应力分布情况,有利于产品设计和改进,缩短产品迭代周期。     

基于多目标函数的电网拓扑关系约束规则的优化算法

用现有约束规则优化算法得到的电网拓扑结构无法获取其中环和根节点之间的连通路径,在寻找路径过程中功率损耗较大。为了解决这一问题,设计一种基于多目标函数电网拓扑关系约束规则的优化算法。应用小世界网络构建电网拓扑结构模型,求得幂律分布曲线,建立变电站来减少功率损耗;将有功网损最小、节点电压偏移最小作为目标函数,获得功率平衡方程,建立约束规则;采用粒子群算法求解最优参数,完成基于多目标函数的电网拓扑关系约束规则优化算法的设计。测试结果表明设计的优化算法能够获取电网结构的所有环和所有根节点之间的连通路径,功率损耗为11.31 kW,减小了功率损耗。     

反应堆堆芯围筒结构热流固耦合热变形分析

针对反应堆堆芯围筒热流固耦合问题,采用三维有限元法研究堆芯围筒的热变形.考察ANSYS的三维实体热单元SOLID 70,三维实体单元SOLID 45,三维表面热效应单元SURF 152和三维热-流耦合管单元FLUID 116等单元类型的特点和实用性.建立堆芯围筒、吊篮和冷却剂的温度分析有限元模型：堆芯围筒和吊篮采用SOLID 70,结构表面与冷却剂的对流传热表面采用SURF152,堆芯围筒与吊篮之间冷却剂采用FLUID 116.采用SOLID 45建立堆芯围筒有限元模型,根据得到的堆芯围筒、吊篮和冷却剂的温度场结果分析堆芯围筒热变形.结果表明,在考虑堆芯围筒及吊篮固体和流体的交叉耦合的基础上,采用三维有限元法能比较客观地模拟反应堆堆芯处的复杂运行环境.     

基于信念的多Agent模型解决多目标优化问题

提出了基于信念的多Agent模型解决多目标优化问题.在这个模型中,Agent通过在解空间中移动来进行搜索,使用信念指导移动.每个Agent都有独立的信念,信念由3部分组成:Agent对每个目标的偏好、移动向量和对此向量的评价.Agent在优化的过程中会根据目标函数的值调整移动向量和对应的评价.Agent也会和相邻的Agent交互信念,从而获得更好的性能.最后用模型解决了几个简单的多目标函数优化问题,实验结果证明了算法的有效性.     

基于ANSYS二次开发的结构拓扑优化

将先进的结构拓扑优化思想与成熟的有限元分析软件ANSYS相结合,基于ANSYS二次开发语言APDL和UIDL编制了结构拓扑优化程序,解决了ANSYS自带的拓扑优化模块中单元类型受限及不能应用于桁架结构优化的问题,充分利用ANSYS丰富的单元类型、强大的计算和后处理能力,有利于促进结构拓扑优化的应用和研究,拓宽ANSYS软件在结构拓扑优化方面的应用领域。     

发动机排气管流-固-热强耦合分析

为研究发动机排气管在流-固-热强耦合作用下的复杂工况,用INTESIM软件中流-固-热强耦合的方法计算某型发动机排气管在工作过程中流场、温度场、热变形和热应力的分布情况.结果表明,与传统的分析方法相比,INTESIM的强耦合方法收敛性更好,并且可以在同一软件平台下对模型耦合矩阵方程直接求解得到结构应力场、位移场、流场和温度场的所有结果.     

基于多目标进化算法的锅炉热损失优化研究

针对锅炉热损失模型的特点,提出基于Pareto最优概念的多目标进化算法实现运行工况寻优,然后根据模糊集理论在Pareto解集中求得满意解,获得最佳的锅炉燃烧调整方式.通过某600MW锅炉热损失的优化研究,并与基于神经网络的寻优结果比较,数值计算表明支持向量机模型寻优结果在Pareto前沿具有更好的多样性,结果更优,可指导运行人员进行参数优化调整,提高燃烧经济性.     

主轴系统仿蜂巢冷却结构流固耦合热设计研究

主轴系统的热误差是影响数控机床加工精度的重要因素。受自然界蜂巢分形结构的启发,设计了一种基于蜂巢仿生流道的主轴系统冷却结构,并建立了蜂巢仿生流道冷却结构模型。在数值传热学相关理论基础上,通过Fluent有限元软件对蜂巢仿生流道(单孔和多孔流道截面结构)和螺旋形流道冷却结构方案进行仿真计算,流固耦合分析结果显示两种前者流道结构比后者的流动特性较好,散热效果更好。在同等边界条件和冷却液体积相同情况下,多孔蜂巢形流道截面结构比单孔蜂巢形流道截面结构的散热效果更理想、温差更小。研究结果可以为主轴系统的冷却结构乃至电子元器件等微系统结构热设计提供参考。     

基于结构拓扑优化方法的发动机支架轻量化设计

为实现某发动机支架轻量化设计,在支架总成整体结构有限元分析的基础上,运用等效刚度原则建立支架局部有限元模型,得到不同工况下的支架位移分布结果.基于TOSCA软件,通过提取结构分析结果对支架结构拓扑优化模型进行敏度分析并形成优化模型列式.优化求解后,在每轮循环迭代中将新的单元密度值重新赋予结构模型,直至满足预先给定的收敛判定条件;设置过滤半径和各类制造加工约束,消除结构拓扑优化中的数值不稳定性问题,改善优化结果的可加工性.对优化前后的计算结果进行对比分析.