高载荷比卫星的结构轻量化设计方法

为解决高载荷比卫星轻量化设计问题,本文对以蜂窝夹板层结构为主的卫星结构轻量化设计开展研究。对蜂窝夹层结构等效理论进行了修正和灵敏度分析,提取出影响结构板刚度和质量的主要参数;根据工程研制需求对结构参数进行优化分析;基于有限元方法进行了仿真验证。仿真结果表明:利用修正后的蜂窝夹层等效公式,计算刚度结果误差由3%降低至1%,验证了等效理论正确性。经过参数优化后的结构分系统重量减少41.6%,达到了轻量化设计目的。利用该方法设计的"新技术试验E星"已发射入轨,为后续工程实践提供了一定的参考。     

基于有限元分析的赛车车架结构轻量化设计

通过对某方程式赛车车架结构的有限元分析,来实现赛车车架结构的改进和轻量化设计。利用CATIA软件平台建立某方程式赛车车架三维实体模型,运用CAE分析软件对其进行单元选取和网格划分,建立车架的有限元分析模型,通过对车架静态条件下弯曲工况、扭转工况的分析,找到车架弯曲强度和扭转刚度富裕部位,通过减少管件的使用数量、减薄相对应管材的壁厚、减小直径,达到车架结构优化和轻量化设计目标。     

基于连续体拓扑优化的大型基座轻量化设计

拓扑优化设计能在给定约束和边界条件下,获得最优的材料布局。研究了连续体结构拓扑优化在大型基座轻量化设计中的应用。介绍了连续体拓扑优化原理,建立了拓扑优化的数学模型;对某大型经纬仪的基座进行连续体拓扑优化设计,获得基座的最优材料分布结果;以拓扑优化结果呈现的材料分布特征为依据,用空心方钢管构建桁架结构基座,完成轻量化基座的设计;对设计结果进行有限元分析,结果表明,轻量化基座与传统铸造结构基座相比,在保证静力载荷变形不变的情况下,可减重357.4kg,轻量化率为27.8%。     

汽车座椅的轻量化设计

为了分析汽车座椅的安全性,对某车型座椅建立有限元模型并进行轻量化设计.参照国家标准GB 15083-2006中的座椅试验规范施加载荷和约束,计算座椅强度并提出轻量化设计方案.通过合理的优化目标和约束变量得到座椅轻量化尺寸,经再次分析计算,验证了座椅轻量化后的强度完全满足国家标准的要求,轻量化设计的座椅质量减重11.2％.     

SUV白车身隐式参数化建模及多性能优化轻量化

SUV白车身的结构形式、载荷形式等与三厢式轿车白车身不同。为了实现某SUV白车身结构的自动快速轻量化设计,建立了该SUV白车身隐式参数化模型。首先利用相关性分析方法分析预先给定的90个位置、形状及厚度等设计变量对车身结构刚度的影响,筛选出具有轻量化潜力的设计变量。然后对筛选出来的30个设计变量进行多性能优化设计,最终取得了良好的轻量化效果。研究结果表明,隐式参数化建模方法及基于相关性分析的多性能优化轻量化设计方法可以应用于SUV车身结构轻量化设计,具有较好的工程指导意义。     

客机复合材料APU舱门结构设计及分析

按照结构布局、适航要求及APU门载荷水平,对复合材料APU舱门结构进行设计研究。为满足防火要求和闪电防护要求,选择先进碳纤维复合材料和泡沫芯材,设计了一种复合材料夹层结构。利用有限元模型对夹层结构在气动载荷和风载作用下进行应力和位移分析,得到应变云图和变形云图,分析说明该夹层结构设计满足设计要求。通过对B737飞机APU舱门结构研究和重量提取,进行重量等效对比分析,结果表明该复合材料夹层结构比金属结构重量轻25.8%,减重效果明显。     

变刚度多稳态复合材料结构设计与性能分析

通过研究复合材料层合板结构局部纤维角变化的理论模型与刚度变化的关系,设计2种变刚度多稳态复合材料层合板结构. 对变刚度多稳态复合材料结构进行建模,运用Matlab求出不同的平衡方程解,得到变刚度多稳态复合材料结构的稳态构型. 制备相应的实验试件,测量变刚度多稳态复合材料结构不同稳态转变时的力学性能,通过有限元软件Abaqus模拟变刚度多稳态复合材料结构的降温冷却过程,得到平衡稳定状态的数值解. 结合理论、数值与试验,分析变刚度多稳态复合材料结构的稳态构型、稳态转变最大载荷及载荷-位移曲线的变化规律.     

新型塔架门式起重机整体结构有限元分析

针对某新型塔架门式起重机,分析了其结构特点和工作状况,并运用通用有限元分析软件AN-SYS建立了起重机结构的有限元模型。通过施加合理的约束和载荷,对整机结构进行了强度、静态刚性的计算校核,可为类似复杂结构的设计校核提供借鉴。     

指向反射镜轻量化及支撑结构设计与分析

为增长相机的曝光时间,改善成像质量,光学系统入瞳前方需要设置扫描机构进行俯仰方向的运动补偿。指向镜体轻量化及其支撑结构设计是扫描机构设计的关键环节。本文针对有效通光口径为320mm×260mm的一维指向反射镜进行了轻量化与支撑结构设计。设计从材料选择、轻量化设计和支撑方式等方面展开,指向镜轻量化后重量为6.245kg,轻量化率为58.4%;运用有限元方法对指向反射镜组件进行了分析,系统基频为196Hz,系统在1g重力载荷与±5℃均匀温变作用下的面形精度rms均优于λ/50、PV值均优于λ/10;最后采用模拟件进行了试验验证。最终得到满足设计要求的合理结构。     

管程清洗机器人导轨的轻量化多目标优化设计

在满足静刚度的条件下,为减轻导轨质量,对其进行多目标优化设计。利用特殊结构设计的导轨实现齿轮齿条传动与承受载荷和导向运动作用的有机结合,该导轨是直角坐标式换热器管程清洗机器人的关键部件,在整体机器人的静力学分析中,其应力、应变最大,因此,对导轨进行了关键部件的有限元分析。以竖直导轨为研究对象,利用SolidWorks进行三维建模,通过专有程序接口将模型导入ANSYS Workbench中进行静力学分析,并利用ANSYS DesignXplorer模块和筛选算法对导轨尺寸进行轻量化设计。与初始设计相比,质量减轻了25.9%,实现了清洗机器人导轨结构的轻量化设计。     

GFRP-花旗松胶合木夹芯桥面板受弯性能试验与结构设计

采用花旗松胶合木作为芯材,玻璃纤维增强复合材料（GFRP）作为面层制备夹芯结构桥面板,在对花旗松胶合木芯材和 GFRP 开展基本力学性能试验研究的基础上,开展了 GFRP-花旗松胶合木夹芯梁的受弯性能试验,得出了其荷载-跨中挠度曲线与 GFRP 荷载-跨中应变曲线,并对抗弯刚度测试值与理论计算值进行了对比;针对某 GFRP-花旗松胶合木桥面板,提出了完整的结构设计流程,给出了桥面板的合理设计参数。研究结果表明：GFRP-花旗松胶合木桥面板应用于钢梁-复合材料桥面板组合桥梁结构较为可行。     

New advances in fiber-reinforced composite honeycomb materials

In sandwich structures, lightweight cellular materials as the core hold the face sheets far away from the neutral axis to maximize the bending performance of the structure. Honeycomb materials as a major type of lightweight cellular materials have been widely applied in various fields, including aerospace, vehicle, marine, architecture and mechanical engineering, due to reliable mechanical properties and excellent designability. Using fiber-reinforced composites is an efficient method to develop ultralight honeycomb materials with superior mechanical behaviors. In recent years, fiber-reinforced composite honeycomb materials possessing lightweight and excellent mechanical performances have attracted noticeable attention to replacing traditional aluminum honeycombs and Nomex honeycombs. Compared to metal, polymer and Nomex paper, fiber-reinforced composites possess various merits, such as high specific stiffness and specific strength, excellent fatigue property, corrosion resistance and high-temperature resistance. Thus, the applications of fiber-reinforced honeycomb material for sandwich core have unlimited potential in hypersonic vehicles, long-range rockets, cargo vessels and protective systems. Although the fact that attention has been rapidly increasing, there is a lack of comprehensive reviews of new advances in the field of fiber-reinforced composite honeycomb materials. In this review, new advances reported by different scientists in the field of fiber-reinforced honeycomb materials have been reviewed and analyzed to provide an in-depth overview and knowledge for beginners in the field of ultralightweight and high-performance composite sandwich architectures. The challenges and prospects for the development of fiberreinforced honeycomb materials have also been presented.     

冷弯型钢轻骨料混凝土夹芯板的有限元分析

本文采用有限元法,对冷弯型钢轻骨料混凝土夹芯(苯板)板进行模拟计算,分析不同夹芯率下板的受力及变形特征,从而为实际工程提供有价值的结论.     

复合墙板结构层组合形式的探讨

通过两种复合墙板拟静力试验,探讨了结构层组合形式对构件的破坏形态、变形性能、刚度以及承载力的影响,论证了两侧等厚结构层复合墙板抗震性能相对优越并对不等厚结构层复合墙板的极限承载力及应用范围进行了讨论。     

客车底盘结构安全性分析与轻量化设计

传统车辆设计与优化依赖专家经验,导致开发周期长、人力物力消耗大,难以紧跟市场需求,而有限元技术的发展为车辆结构设计与优化提供丰富的手段. 本研究以某客车底盘车架为对象,以操稳及结构安全性为导向,对车架进行轻量化设计. 首先,对客车底盘进行了有限元模型建立与简化. 在此基础上,进一步定义了载荷加载方式和计算工况. 其次,结合工程实际,对当前底盘车架进行改进后,明确目标函数、约束条件与变量,提出了优化方案对底盘进行轻量化设计. 通过模态分析、应力分析与变形分析,对弯曲、制动及转弯工况下的优化方案进行了验证. 结果表明,所提出的优化方案在满足车辆动态性能基础上,有效实现了轻量化优化,提升了操稳及结构安全.     

地铁座椅结构分析与轻量化优化方法

地铁座椅的轻量化设计对于降低地铁车辆成本、节约原材料和能源消耗具有重要意义．针对某地铁座椅的轻量化设计要求,提出了一种有限元分析与试验验证相结合的轻量化优化方法．首先,采用有限元分析软件ANSYSWorkbench对地铁座椅结构进行了强度分析,在此基础上提出了轻量化优化方案,并通过有限元分析初步验证了轻量化优化后的座椅结构满足强度要求．其次,以实际加工好的地铁座椅为试验对象,模拟实际工况,设计并实施了静载试验和动载试验．试验结果一方面检验了有限元计算分析结果的有效性,另一方面进一步验证了地铁座椅结构轻量化优化的合理性．通过探讨有限元分析与试验验证相结合的方法在地铁座椅设计中的应用,为地铁座椅轻量化设计提供了一种快速、有效的现代设计手段．     

基于导重法的叉车门架轻量化设计

针对大型复杂机械设计余量过大的现象,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法对某型号内燃叉车的门架结构进行全局轻量化设计. 推导强度、刚度等多性态约束条件,搭建导重法单目标、多性态约束优化模型,利用Lamker算法求解Kuhn-Tucker乘子;灵敏度计算采用带有经典误差修正项的半解析法（ESA）,引入单元误差修正项,消除刚体转动位移带来的误差;结合导重法,解决了容重和导重难以求解的问题. 利用有限元法,对优化后的门架结构进行强度和刚度校核. 结果表明,采用导重法和灵敏度计算相结合的集成优化法效果显著,使得叉车门架质量降低18.21%,优化后的门架强度和刚度满足设计要求.     

电动物流车车厢结构设计仿真分析

在某型号电动物流运输车设计中,以铝合金轻质材料取代钢材用于车厢骨架结构。根据汽车结构和行驶环境,建立满载、弯扭、加速、转弯、紧急制动共5种典型工况的边界条件,进行静态性能仿真和基本振动特性模态分析。在确定危险工况的基础上,利用尺寸优化实现车厢的轻量化设计,达到车厢减重12%的轻量化设计目标。进一步采用拓扑优化的方法改变车厢底骨架布置结构,获得了一种新型的满足刚度、轻量化要求的骨架结构分布方式。     

基于最大熵的离散变量框架结构两相优化设计

根据两相优化设计的思路和离散变量的特点,应用最大熵准则,通过引入附加约束条件,交替进行乘子相和结构相优化,将离散变量框架优化设计问题等价地化为连续变量框架优化设计问题求解.在考虑应力约束、位移约束和尺寸约束等多个约束及多个工况的条件下,成功地对离散变量框架进行了优化设计. 算例结果表明:这种方法的迭代公式简单 ,收敛速度快;此法可以有效地应用于工程实际,尤其是多约束、多工况的大型工程结构优化问题.     

Optimum design of lightweight silicon carbide mirror assembly

According to the design requirement and on the basis of the principle that the thermal expansion coefficient of the support structure should match with that of the mirror, a lightweight silicon carbide primary mirror assembly was designed. Finite element analysis combined with the parameter-optimized method was used during the design. Lightweight cell and rigid rib structure were used for the mirror assembly. The static, dynamic and thermal properties of the primary mirror assembly were analyzed. It is shown that after optimization, the lightweight ratio of the silicon carbide mirror is 52.5%, and the rigidity of the silicon carbide structure is high enough to support the required mirror. When temperature changes, the deformation of the mirror surface is in proportion to the temperature difference.