基于有限元法的某混凝土搅拌车轻量化设计

通过合理的有限元仿真和实车试验,实现某混凝土搅拌车副车架的轻量化设计。利用Hyperworks软件建立主副车架系统有限元分析模型,模拟车架的实际使用工况,对该车架的极限弯曲工况和扭转工况进行仿真分析,并通过相应的实车试验验证有限元模型的准确性。在此基础上,首先利用Optistruct软件对副车架矩形管的厚度进行尺寸优化,并提出斜支撑加强板的设计新方案,从箱体型设计改进成槽钢型。结果表明:副车架轻量化设计不仅在结构强度上满足设计的要求,而且最终使副车架的结构总质量减轻了120 kg,达到了轻量化10%的预订设计目标。     

扩张调节片结构点阵拓扑轻量化技术研究

点阵结构作为一种新型轻质功能结构,具有高承载力、高强度、轻质量等一系列优异的力学性能,在航空航天、轨道交通、船舶等工程领域得到广泛应用。针对典型零件扩张调节片结构的轻量化设计问题,提出一种基于均匀化的点阵拓扑和尺寸优化方法,通过MATLAB、ABAQUS和OPTISTRCUT软件对扩张调节片结构进行点阵拓扑优化建模,为结构的轻量化设计提供理论依据。根据上述已建立的点阵拓扑优化模型,分别探究了高低密度点阵结构和最长点阵结构尺寸对其点阵拓扑优化效果的影响,并通过静力学仿真分析求解位移变形和应力云图来进一步揭示点阵拓扑优化的效果。结果表明,高密度和小尺寸点阵结构更有利于扩张调节片结构的轻量化设计。     

糊箱打包机升降传输平台的轻量化设计

升降传输平台是全自动生产线的重要组成部分,为保证生产线稳定、高速的运输瓦楞纸板,升降传输平台具有较高的强度。而强度过剩会导致设备质量大、体积过于笨重、成本增加、工作效率底下等一系列问题,因此,需要兼顾结构强度和工作效率,而轻量化设计可使结构在满足性能的前提下实现节能、降低生产成本的目的。针对某企业项目,以糊箱打包机升降传输平台为研究对象进行轻量化,利用拓扑优化找到对性能影响较小的结构,通过变截面实现结构轻量化,最终在结构应力、位移变化不大的情况下实现了5.8%的减重。     

弹跳机器人翻转机构的设计与优化

为了提高弹跳机器人的地面适应性,解决弹跳机器人落地后的翻转问题,从蝗虫和龟类的翻转研究中得到启示,设计结构简便、易于控制、集支撑与翻转功能为一体的翻转机构。应用三角重心理论,分析机器人翻转的原理和翻转过程。在仿真的基础上,对翻转机构进行构型和尺寸优化,保证机器人结构紧凑,轻量化和较高的电动机利用率。搭建翻转机构平台,验证了翻转机构原理的可行性和优化设计的正确性,为弹跳机器人进一步的创新研究提供了理论基础和依据。     

重型自卸车异形货厢参数化设计及拓扑优化

研究了重型自卸车异形货厢的参数化设计和拓扑优化设计的问题,确定了异形货厢的设计参数,开发了相应的参数化设计程序,给出了异形货厢的设计流程,提出了面载薄壁结构支撑骨架拓扑优化设计方法。利用所提出的方法针对典型异形货厢进行了支撑骨架的拓扑优化设计和构件尺寸参数优化设计,在满足重型自卸车货厢性能要求的同时实现结构轻量化,取得了较好的效果。     

桥式双梁起重机小车车架轻量化研究

针对目前我国桥式起重机小车架轻量化研究不够深入,设计过于保守,以及由此引起的小车架重量偏大等问题,首先在结构和力学上分析了16/3.2t小车车架,根据分析结果,提出了在结构和材料规格上改进小车架的方案,同时利用有限元软件MSC.PATRAN和MSC.NASTRAN分析了新小车的节点应力与节点位移,分析结果表明新小车架在满足性能的同时更加充分地利用了材料、降低了小车架重量,对桥式起重机小车架的轻量化研究具有推广意义。     

基于防止塑性垮塌的多晶硅还原炉底盘结构安全性评估

针对多晶硅还原炉底盘支撑结构的应力分析问题,基于JB 4732—1995 《钢制压力容器——分析设计标准》(2005年确认)中的弹性应力分析法以及ASMEⅧ-2中的极限载荷法和弹塑性分析法,开展了底盘支撑结构的应力评定。同时,计算了极限载荷法和弹塑性分析法框架下该部件的承载能力。结果表明,采用弹性应力分析法、极限载荷法以及弹塑性分析法评估时,底盘支撑结构均满足强度要求。但是,基于弹性应力分析法所得到的设计结果过于保守,而极限载荷法和弹塑性分析法可以大幅降低设计的保守度。     

红外成像与激光发射系统共口径结构轻量化设计

针对某空间红外成像与激光发射共口径光学系统主支撑结构的轻量化设计问题,在低质量及高力学性能的基础上,对主支撑镜筒结构优化、仿真分析以及红外成像系统样机的性能检测等方面进行了研究。首先利用简化载荷的模型,根据变密度法,建立了以支撑镜筒柔度为目标函数,以质量保留比为约束的拓扑优化数学模型,实现了初步轻量化;然后基于响应面法,通过中心复合试验设计了多目标遗传算法,对初步轻量化模型进行了多目标优化,实现了最终轻量化;最后对红外成像系统实物样机的系统调制传递函数和焦距进行了检测。研究结果表明:经两次优化的模型轻量化率提高了13%,1阶固有频率提高了24.7%,最大应力降低了42.3%,最大变形减少了20.7%;实际检测结果显示经优化设计的主支撑结构满足使用要求。     

基于多目标优化的砂轮杆结构轻量化设计研究

为了得到大长径比砂轮杆合理的结构及支撑方式，保证砂轮杆满足刚度要求，通过建立大深径比孔磨削用砂轮杆的三维参数化模型，用有限元方法分析了砂轮杆的静力变形和约束模态，采用最佳空间填充试验设计（optimal space-filling design）方法构建了砂轮杆各设计变量与优化目标的二阶响应面模型，采用NSGA-Ⅱ算法对砂轮杆进行了多目标优化。经过轻量化优化设计及仿真比较，得到一种大长径比砂轮杆及支撑的合理化结构，轻量化率达到10.3%。分析结果表明：砂轮杆质量、刚度及模态均满足工程要求。     

一种基于OptiStruct-Abaqus的航空齿轮腹板轻量化设计方法

基于结构优化软件OptiStruct和商用有限元分析软件Abaqus,结合拓扑优化、尺寸优化和有限元接触分析等相关理论,针对航空齿轮轻量化设计问题,创新性地提出了一种齿轮腹板结构轻量化设计方法。以某型航空发动机附件传动齿轮为研究对象,基于OptiStruct软件对腹板结构进行拓扑优化与尺寸优化减重设计,利用Abaqus软件对齿轮进行接触性能计算,给出腹板结构轻量化设计的流程和关键技术。结果表明,在保证强度和传动误差要求条件下,齿轮整体质量减轻了39. 6%,减重效果明显,实现了齿轮轻量化设计目的。     

全景式航空相机扫描反射镜及支撑结构设计

扫描反射镜是航空相机光路转折、像移补偿和自准直调焦的关键部件,扫描反射镜及其支撑结构的设计水平对航空相机的性能有重要影响。以某全景式航空相机为例,在总结了扫描反射镜尺寸、轻量化结构、柔性支撑结构的一般设计方法基础上,设计了三角形和四边形轻量化孔组合形式的扫描反射镜结构,并提出了一种背部三点柔性支撑结构形式,经验证可以满足设计指标中对反射镜面型精度的要求。     

有源相控阵天线结构仿真分析

针对当前有源相控阵天线设计过程中亟需进行合理的结构力学仿真,以确保天线的环境适应性要求、精度以及刚强度性能的问题,分别对天线结构力学仿真、有限元模型修正和结构优化分析过程进行了分析。结合舰载、机载、车载、星载等不同雷达天线结构的特点,阐述了未来雷达天线结构力学仿真的重点在于强冲击、振动疲劳、动态载荷等作用下的天线刚强度分析,以及天线系统功能一体化优化设计;利用两个工程设计案例,讨论了有限元模型修正以及结构尺寸优化在有源相控阵天线结构设计中的应用效果。研究结果表明:对有限元模型进行适当的修正,可显著提高相控阵天线力学仿真的精度;通过对天线结构进行尺寸优化,能够在确保天线力学性能的前提下实现轻量化。     

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。     

同步卫星激光通信指向机构反射镜设计方法

激光通信终端按功能可分为机械转台部分和光学部分。单反射镜结构转台中,通信光先经反射镜反射,再配合方位、俯仰方向的角度调整,实现光轴的精确对准。反射镜作为系统中的重要光学元件,也是激光通信中的关键技术,为整个通信系统的像质提供了保证。针对反射镜在设计过程中要遵循结构上轻量化、工作过程中镜面变形小的原则,文中提出了一种关于反射镜的设计方法,包括轻量化方案及创新性的支撑方法。首先经过调研,确定反射镜镜面尺寸和形状;其次进行轻量化设计,包括截面形状对比、材料选择、加筋后变形分析等;新的支撑方案进一步减小了镜面变形。文中所提出的设计方法为设计者提供了参考。     

空间杆件结构的轻量化设计

利用Matlab对一个25杆结构件做分析,得到了结构尺寸变化时,杆件截面积变化对受力变化影响的灵敏度。以灵敏尺寸作为优化参数、结构体积作为优化目标、许用力作为约束条件对该空间杆件结构做了轻量化设计。利用计算机仿真轻量化过程,在保证刚度的前提下可降低结构质量。结果表明,灵敏度分析是结构轻量化设计的有效途径。     

基于ANSYS有限元分析的水下潜标电子舱散热系统研究

水下电子舱内部电子元器件多且结构紧凑，而密闭的空间环境导致其空气对流散热失效。针对圆柱形类型水下电子舱出现的散热问题，设计了一种轻量化、高效的散热结构。利用ANSYS有限元软件对不同导热面宽度和接触面尺寸的散热结构在空气中的散热性能进行了仿真，仿真结果证明散热结构的散热效能与材料导热面大小和热源接触面大小有关，且随着尺寸的等额增大降温幅度会减小。综合散热性能和轻量化考虑得到了散热结构最优尺寸，在此基础上进行了海水环境下电子舱散热性能的仿真和实验室试验，有限元仿真结果和实验室实测结果基本吻合，表明在空气中调试和在海水中工作时，优化的散热结构均能够有效散热，电子舱工作能够在正常温度范围内，保证了电子舱工作的稳定性和可靠性。     

液压挖掘机工作装置静力学模型集成优化设计

针对液压挖掘机工作装置的优化设计问题,对在铲斗挖掘工况下的工作装置轻量化进行了研究,提出利用ISIGHT优化平台,同时调用Solidworks和ANSYS的方法,对挖掘机工作装置静力学模型进行集成优化。采用全局优化算法和梯度优化算法相结合的组合优化策略,对设计问题进行智能化探索,不断选择新的设计初始值,从而进行自动地仿真和优化。研究结果表明,该方法不仅可以利用ISIGHT优化软件自动搜索到满足工作装置性能要求的最优解,而且在此基础上,进一步减小了工作装置的整体体积,达到工作装置轻量化的目的,为工程实际应用提供了一定的参考。     

某空投越野车车架的轻量化设计

为实现某越野车车架的轻量化设计,基于ABAQUS软件,在极限工况下对某越野车的空投着陆冲击过程进行建模仿真,通过能量平衡验证了有限元模型的正确性,并对车架的刚强度进行了分析。在此基础上,基于尺寸优化理论对越野车车架进行轻量化设计,通过尺寸优化得到了车架主要组成部件的具体尺寸。对优化后的模型再次进行仿真分析,结果表明:越野车车架在刚强度满足设计要求的情况下,车架的质量降低了11.7%,达到了轻量化的目的。     

基于数值仿真的小型电动振动台辅助支撑的设计与性能分析

针对某小型电动振动台,设计一种具有合理振动属性的辅助支撑,使其能够应用于具有较大尺寸对象的振动测试。基于数值仿真方法对现有桁架结构辅助支撑进行有限元建模,数值分析结果与实验具有一致性,验证了采用壳体单元、实体单元、MPC进行混合建模的合理性。进而结合传统设计方法,采用方钢的矩形结构、三角形结构、梯形结构,设计出多桁架结构的新型辅助支撑,基于前述已验证合理的有限元建模与计算方法,分别研究其在静态工作环境下各个方向抵抗变形的能力、动态工作环境下的振动特性、以及瞬态冲击下对振动台附件的动态干涉和其所受的最大应力。分析结果表明,设计的新型辅助支撑吻合最初的设计期望,且其设计和研究方法,可为其它小型振动台提供较完善的辅助支撑设计研究思路,具有一定的工程意义。     

M2-250车轮组的优化设计

针对M2-250车轮组原设计过于保守,质量过大,得不到市场认可的现状,对M2-250车轮组进行优化设计。基于轻量化理念,应用ANSYS软件进行分析,并不断进行改进,在相同受力工况下,使车轮、轮箱、扭力臂的总质量减小约30%。同时对车轮和轮箱材料在车轮组中的受力屈服极限进行分析,为车轮组的设计和制造提供参考。