汽车发动机顶盖模具轻量化的结构分析

本文基于ANSYS强大的求解器和前、后处理功能,并应用其参数化建模、结构分析和优化设计等模块功能对汽车发动机盖凹模的结构进行分析。通过分析揭示了冲压模具应力—应变和弹性变形的分布情况。本文根据静力分析结果对模具的一些筋板结构进行了尺寸优化以实现模具结构轻量化的目的,为模具的改进设计提供了理论依据。     

抓取机械臂的强度分析和优化设计

以DOBOT Magician机器人机械臂为研究对象,为降低其质量,减少材料消耗,采用尺寸优化和拓扑优化相结合的方法对其结构的优化设计进行了研究。首先使用建模软件建立三组机器人小臂的参数化模型,将其导入Workbench中进行应力分析和弯曲刚度分析,对三组结果进行对比分析确定危险工况。然后以质量、变形和应力为目标参数对危险工况下小臂的参数进行灵敏度分析,得到对目标参数影响最大的参数,并以这些参数为设计变量,采用响应面优化方法和拓扑优化方法对小臂代理模型进行尺寸和结构优化。优化结果表明：在保障精度和强度的前提下,通过对小臂的轻量化设计,使其质量降低了32.8%,最大应力值降低了21.1%,最大变形减小了24.3%,弯曲刚度增加31.8%,成功实现了小臂的轻量化。同时,该研究也为类似的优化设计提供了一种可行的实施方案流程。     

自动上料装置桁架轻量化设计

针对某自动上料装置的桁架进行了轻量化研究，通过对桁架进行有限元分析，利用多目标优化方法对桁架进行优化设计，在满足桁架强度以及变形的可靠性前提下，对桁架进行尺寸优化，最终将桁架减重22.8%，节约了材料的使用成本，同时达到了轻量化的效果。     

矿用装载机工作装置有限元分析及轻量化设计

首先建立了矿用装载机工作装置的有限元实体模型,在整机最危险姿态下对工作装置进行了静力学分析,得到其应力分布情况,结果显示斗杆构件应力盈余较多,然后基于APDL语言建立了斗杆参数化模型,以质量最轻为目标函数,结构横截面尺寸为设计参数,结构强度为约束条件,对其进行轻量化设计,结果显示,在结构强度满足要求的同时斗杆质量减轻了41.9%。最后对优化前后工作装置实体模型进行了模态分析,结果显示固有振型和固有频率变化不大,工作装置动态性能稳定。表明该优化方法效果显著,具有可行性,为矿用装载机工作装置及整机的轻量化设计提供了参考。     

龙门起重机金属结构的多目标动态优化

针对龙门起重机金属结构动态特性的复杂性和非线性,综合考虑龙门起重机金属结构设计中尺寸参数及起升载荷的不确定性,利用参数化有限元模型和试验设计方法,在龙门起重机金属结构动态系统中,建立了设计变量和动态参数间的关系。通过运用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),寻求桁架梁尺寸及节间布置最优化方案,并满足低应力、高固有频率及轻量化的要求,在构建高精度的响应面近似模型的基础上,运用Monte-Carlo模拟技术对优化方案的鲁棒性进行了评价。结果表明,该优化方法有效地实现了龙门起重机的动态结构优化,显著提高了其设计质量和效率。     

轻载长悬臂桁架结构的优化设计

以轻载长悬臂桁架为研究对象,分析其受力特征,建立以结构总质量为优化目标,以结构强度、刚度、局部稳定性等为约束条件的数学优化模型;通过Design Exploration工具对局部求解区间内的弦杆与腹杆外径寻优求解,得到相同结构、不同载荷条件下的优化解及灵敏度分析图,结果表明:增大弦杆外径可有效提高桁架整体结构强度和刚度,但腹杆对结构刚度和强度的影响效果较复杂,该结论对结构改进与类似结构设计具有一定的指导意义.最后对优化求解后的桁架结构进行有限元分析,由最大组合应力云图和总变形云图可知,优化后的桁架能满足设计要求且结构材料得到了充分利用,该设计方法较传统设计方法效率更高、设计结果更合理.     

基于响应面法的液压机械臂结构优化

为了减轻液压机械臂的自重，降低动力系统能耗，提高控制响应速度，文中采用基于响应面法的结构优化设计方法对某型机械臂进行轻量化设计研究。首先，选取机械臂板材厚度为待优化参数并使用拉丁超立方法进行试验设计抽样；其次，采用多项式拟合方法建立板材厚度和主臂最大米塞斯应力之间的响应面，代替有限元模型提高计算效率；最后，以主臂米塞斯应力为约束边界，以主臂轻量化为优化目标，采用蒙特卡洛法求解优化问题，得到最佳板材厚度。将优化后的参数输入到有限元模型中，验证优化结果的正确性。优化后，主臂总质量降低28%，达到了轻量化设计的目标。也为类似结构的优化设计，提供了良好工程案例。     

面向轻量化的重型卡车板簧压板优化设计

根据企业对板簧压板进行更换原材料QT500-10为ZG650-830的要求,为降低成本,需对其进行轻量化设计。采用Ansys Workbench建立了板簧压板的参数化有限元模型,以其内腔相关参数为设计变量,通过实验设计生成设计参数样本空间,经有限元求解得到样本点的响应面,同时通过对设计变量的灵敏度分析,确定结构参数优化方向。采用乘除法给出多目标优化的数学模型,利用Workbench进行尺寸优化设计,得到板簧压板的一次轻量化模型;然后对一次轻量化模型进一步进行拓扑优化,得到其最终轻量化模型。研究表明,轻量化后的板簧压板满足强度与刚度要求,结构安全性能提高,与原结构相比减重比达26.78%。     

主从机械手手爪设计与优化

根据核电站使用机械手高可靠性要求,提出了手爪连杆机构设计方案。该方案采用钢丝绳拉动四边形连杆机构实现抓举动作。针对该方案,提出以机构的最优力传递性能作为目标,通过Matlab计算确定连杆最优尺寸。按照功能性和轻量化要求,完成整个手爪的结构设计。经过Workbench对机构强度进行有限元分析,运用子模型分析法得到精确的最大应力值,结果为该值超过了材料的许用应力,对外臂尺寸进一步尺寸优化。运用响应曲线法得到优化参数与优化目标之间的关系,据此得到最优参数。经过优化后的手爪满足了设计要求。通过这种设计方法设计出一种尺寸合理,结构可靠的机械手爪,并缩短了设计周期。     

基于ANSYS的浮空器组阵结构屈曲分析及优化设计

针对空间太阳能电站地面演示系统,提出了一种空间大型浮空器组阵结构,利用ANSYS有限元软件建立其桁架结构的三维模型并进行结构屈曲分析,判断桁架结构的稳定性.以第1阶临界屈曲载荷为约束条件,对桁架梁截面的型材进行尺寸结构优化.通过响应曲面分析和多目标遗传优化算法找到设计优化点,使优化后的桁架结构在保证结构稳定的前提下实现...     

起重机快速轻量化设计系统研究及应用

参数化设计和结构优化设计是复杂结构快速轻量化设计系统的核心,也是促进起重机轻量化设计技术在企业推广应用的关键。但是,现有起重机快速设计系统大多以实现参数化设计为主,难以实现结构的自动优化设计。而已公开的优化方法实现过程复杂,且大多采用连续变量优化,结果难以直接运用于实际生产。进行系列化起重机的参数化建模,建立多位置、多状态的载荷模型,集成含零阶优化、参数圆整、局部再优化的二次优化设计方法,开发了具有参数化设计、轻量化优化等功能的起重机快速轻量化设计系统,并完成了箱型门架的快速轻量化设计系统与软件。应用结果表明,该系统显著缩短了设计周期,减少了设计人员的大量繁琐计算工作量。仅对部分截面尺寸进行优化,虽然门架应力应变在容许范围内有所增加,但整机质量下降10.5%,节约了后期成本。     

基于优化设计的门式卸车机结构可靠性分析

将优化设计与可靠性理论相结合进行门式卸车机的结构可靠性分析.利用ANSYS Workbench进行参数化实体建模,采用中心复合设计拟合响应面并进行参数灵敏度分析,在此基础上分别使用Screening,MOGA及NLPQL 3种算法对参数尺寸进行优化和对比分析,得到最佳设计方案,在保证满足强度要求的条件下,减小卸车机体积.再根据优化分析的结果,以最大等效应力不超过材料许用应力为可靠性评定指标,使用六西格玛分析技术比较模型优化前后的结构可靠性,优化后的结构可靠性有所提高.在分析结构轻量化问题的同时考虑了其安全可靠性要求,为卸车机的制造与优化改进提供了理论指导.     

基于有限元数字仿真平台的四向穿梭车换向支架结构优化与轻量化改进

因四向穿梭车的某零件力学性能不符合设计与轻量化要求,以四向穿梭车换向支架为分析与优化对象,利用数字仿真平台,对换向支架原设计结构进行应力、应变和模态分析,并从材料、结构设计和制造工艺方面进行改进和优化,再用该数字仿真平台对结构进行动静态特性分析,通过结构-材料一体轻量化设计的方法,大大提高了工作效率,降低了成本,其优化...     

基于低幅载荷累积强化效果的传动轴轻量化设计

汽车传动轴结构的常规设计有较大的结构强度过剩,根据传动轴在车辆运行过程中的受载特点和结构强度的演变规律,通过适当减小结构尺寸,合理提高使用应力,使其具有较低的初始设计强度,在使用过程中经受载荷的不断强化,强度潜力得到充分发挥。在结构优化过程中,以最佳累积强化效果为目标,根据设计应力分布区间与结构低载强化特性区间的对应关系来获取结构尺寸参数。最后通过传动轴零件的建模与仿真分析,验证了结构轻量化设计的有效性。     

基于拓扑优化和Kriging模型的前中盾结构轻量化设计

前中盾是盾构机的重要部件,其结构尺寸大、服役环境复杂,因此,在保证结构强度的前提下进行轻量化设计至关重要。针对某型号泥水平衡盾构机的前中盾,通过拓扑优化和尺寸优化实现轻量化。对现有前中盾结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果进行二次设计;针对二次设计后的前中盾结构,构建尺寸优化模型,利用正交试验和方差分析筛选出对性能响应(前中盾质量、最大变形和最大应力)影响较大的结构参数作为设计变量,并通过最优拉丁超立方采样和有限元分析获得45组样本点,由此构建设计变量-性能响应隐式关系的Kriging代理模型;通过序列二次规划算法对前中盾尺寸优化模型进行求解获得最优的尺寸参数组合。验证结果表明,前中盾经过拓扑优化和尺寸优化后,质量减小约30 t,降幅达3.1%。     

叉吊搬运车承弯抗扭门架的有限元分析与轻量化

将叉吊搬运车的回转支承设置于叉车门架横梁中部,实现横梁上的伸缩臂可左右摆动的承弯抗扭门架结构,运用Ansys Workbench对其进行有限元分析、结构优化研究。通过以不同板厚、不同结构尺寸为设计变量,以布置构造尺寸、强度、抗屈曲稳定性等为约束条件,对各不利工况进行结构分析与优化,再对所有工况进行验算,得到在轻量化目标下的各优化结果及其圆整值。以利于充分发挥箱型门架的承弯抗扭性能,有效地实现轻量化设计,可为类似结构的优化提供参考。     

基于有限元的轻量化焊接桁架结构优化设计

采用经验公式进行强度验算的传统方式已经不适应当前复杂化的桁架结构设计,通过ANSYS软件进行有限元模拟优化分析进行结构设计是新的技术手段。利用ANSYS Workbench软件,进行静态分析、屈曲分析和响应面分析,通过协同设计、逐步优化的方式,最终得到斜四棱柱式焊接桁架结构。通过瞬态分析对其最大承载力进行预测,结合实验验证了预测承载力的准确性。结果表明:基于ANSYS有限元优化的结构与试验焊接桁架的承载能力接近,对桁架结构失效变形预测准确;通过逐步优化的方式有效提高桁架结构单位质量的承载力,实现结构轻量化。     

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。     

基于ANSYS的桥式起重机桥架结构设计及优化

针对桥式起重机桥架的轻量化设计问题,以跨度19. 3m、载荷10t的双梁桥式起重机箱型桥架在满载状态下的静强度和自振频率为分析对象。利用Creo软件建立桥架的三维实体模型,并无缝导入ANSYS Workbench中进行静态分析,通过对主梁中部危险截面和主梁与端梁连接处截面进行满载静应力分析,得到桥架的应力云图、应变云图。同时,以减少桥架的空间体积为目标进行结构优化,对优化后的桥架进行静应力分析和模态分析,验证桥架结构轻量化设计的合理性。     

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。