加筋圆筒结构重量和屈曲承载力关系的量化分析

加筋圆筒结构对轻量化程度要求高，通过量化分析其屈曲承载力与重量关系为工程早期设计提供参考。首先，探究了加强筋数量或截面类型等单因素变化引起的结构重量变化对其屈曲承载力的影响。进而，以加强筋数量、截面类型、尺寸为设计变量，约束屈曲承载因子下限，建立结构重量最小化的优化模型，探究这些多因素同时变化时加筋圆筒结构重量和屈曲承载力关系。在此分析和优化设计中，采用有限元法计算结构屈曲承载因子，为了获得屈曲承载力和重量关系，在优化设计中引入不同屈曲约束下限获得多组优化设计解，基于最小二乘法拟合出结构屈曲承载力和重量关系曲线。结果表明，在给定设计域、边界约束、载荷工况下竖向加强筋比周向加强筋对结构屈曲承载力影响大，加强筋不同截面类型与重量变化关系不同。结构屈曲承载力与重量关系曲线为非线性，随着结构重量增大屈曲承载力增大，但其增大的幅度逐渐减少。     

舰载铸铝密闭机柜优化分析

刚强度/重量比最优是舰载铸铝密闭机柜的设计目标。为满足设计要求,对机柜进行了结构优化分析。采用拓扑优化方法确定了机柜加强筋布局;通过手工优化和有限元刚强度分析计算,确定了加强筋截面参数、板厚等具体设计参数。结果表明该机柜动态特性可满足设计要求。     

板壳结构加强筋优化设计方法

提出一种板壳结构加强筋设计方法,包括加强筋的分布设计和截面尺寸设计。通过研究植物根系成长机理,提出一种改进的自适应成长法用于加强筋的分布设计。相对于目前常用的以材料密度分布表示加强筋分布的拓扑优化方法,改进的自适应成长法以真实的加强筋分布表示,设计结果不需要复杂的后处理过程。相对于改进前的自适应成长法,改进后的自适应成长法对加强筋高度进行限制,更符合工程上的要求;通过在加强筋成长过程中引入稳定指标及退化指标,大大提高了计算效率,算法更符合植物根系的成长机理。通过典型算例的应用说明提出方法的有效性。在自适应成长法得到的加强筋分布的基础上,进一步优化加强筋的截面尺寸,算例表明,通过加强筋截面尺寸优化,结构应变能降低4%,结构减重6%。     

圆柱薄壳结构动态综合优化

根据低噪声水下航行器壳体的设计要求,通过分析水下圆柱壳体结构振动和声辐射特性,及应满足的稳定性和强度要求,得出了低噪声圆柱薄壳结构优化设计方法.运用MATLAB优化工具箱对鱼雷圆柱壳体进行了结构优化设计,通过分析得出该圆柱壳体应满足的约束条件,得出了优化结果.     

基于多目标优化理论的空间反射镜加强结构轻量化设计

空间望远镜的分辨力与反射镜口径成正比,但反射镜口径的增大导致其质量以三次方的比例增重,以致镜面变形恶劣和发射成本增加。针对此问题,文中基于多层次优化和多目标优化理论对反射镜进行轻量化设计。首先建立反射镜的几何模型并分析载荷工况,针对反射镜多工况下的参数要求,以反射镜轴向重力工况下的刚度最大和低阶固有频率最大为目标,用折衷规划法和平均频率法建立多目标优化的目标函数进行多目标拓扑优化;根据优化结果进行反射镜的加强筋布置;最后以加强筋的宽度为变量,进行多目标尺寸优化实现加强筋的尺寸寻优。计算分析结果表明:优化后反射镜结构在满足原有性能要求的基础上质量减少了7.2%,实现了轻量化设计。     

农用三轮摩托车车架振动分析与结构优化

对某农用三轮摩托车车架的梁单元模型进行了强度、刚度和模态分析。在此基础上,以车架在极限工况下的强度、刚度和质量为约束条件,以主要梁管的截面尺寸为设计变量,以车架的第1阶固有模态频率为目标函数,建立了结构优化数学模型,并通过计算获得了最佳的结构截面尺寸参数,使车架在满足强度和刚度使用要求且不增加质量的前提下,提高了第1阶固有频率,改善了农用三轮摩托车的振动特性,从而为其车架结构的改进提供了理论依据。     

基于有限元的特种车辆方舱结构的力学分析

为了研究特种车辆方舱结构的力学特性,文中应用MSC.Patran软件,采用壳单元和实体单元相结合的方法建立了方舱的有限元模型,在MSC.Nastran软件中进行了静力学和动力学的仿真分析.研究表明,该方舱满足结构的刚强度要求;振动以弯曲振动为主,振幅较大区域集中于窗户和门等开口处,前7阶的固有频率在53-98 Hz之间.因此,需增加门沿和窗沿的加强筋数量或骨架刚强度,激励频率应避开方舱的固有频率,以免产生共振.     

割草机车架结构优化设计研究

针对某割草机车架存在着结构应力不能同时满足水平弯曲、左前轮悬空、左后轮悬空、紧急制动四种工况下的强度需求的问题,利用Nastran建立了割草机车架的优化模型,通过基于厚度尺寸寻优策略,寻求了最优截面尺寸,优化了车架应力状况,满足了四种工况的强度要求,实现了车身重量最轻。     

基于有限元法的高分辨透射光栅谱仪关键件结构优化设计

光栅室作为高分辨透射光栅谱仪的关键件,对谱仪整体稳定性起决定性作用.文中运用Pro/E对光栅室进行三维建模,以结构质量最轻为优化目标,截面尺寸为设计变量,建立优化模型,求得最优截面参数.运用ANSYS进行动静态分析,分析结果表明,优化后的光栅室刚度、强度均满足设计要求,结构前4阶固有频率均大于耙球基频40 Hz,不会发生共振.     

牵引车支撑液压缸结构有限元分析与优化

所设计的有杆飞机牵引车在更换轮胎时,支撑液压缸将代替车轮作为其主要承载部件,且液压缸需满足垂直、横向5°侧倾和纵向5°侧倾三种典型工况下的强度及稳定性要求。通过有限元分析软件Ansys,采用强度及特征值屈曲分析相结合的方法对支撑液压缸进行仿真,得到结构在多工况下应力分布云图及前六阶屈曲特征值。分析结果表明,液压缸部分构件的最大应力超过许用应力值但未发生屈曲,结构不满足强度要求。因此对结构改进优化并再次分析,得到满足工况需求的液压缸,为进一步的研究提供了参考。     

耐压门C形密封圈大间隙密封性能分析与结构优化

采用有限元分析对耐压门C形密封圈密封结构进行计算分析和截面尺寸优化,计算校核典型算例下的密封性能,分析C形密封圈截面尺寸参数对其大间隙工况下密封性能的影响。结果表明:典型算例中C形密封圈结构在流体载荷增加的情况下,接触应力峰值也随之增加,并始终大于流体载荷,能够保证密封性能;大间隙密封工况下,C形密封圈截面开口半径、开口间隙和削斜高度对其密封能力影响显著。根据分析结果,优化了密封圈截面尺寸参数,优化后的密封结构在预紧压缩和大间隙工况下的密封性能均优于原始密封结构。     

双向协调加载连接装置结构优化设计

双向协调加载连接装置是地铁门系统综合检测台架上的重要构件,其强度与刚度十分关键。运用H yper M esh软件对装置模型进行了静力分析。根据分析结果进行尺寸和拓扑两级优化,第一级采用尺寸优化;第二级在第一级的基础上进行拓扑优化,并对优化后的模型与原模型进行了性能参数对比研究,结果表明:优化后结构不仅满足刚度和强度要求,而且使材料质量减少约49.9%,达到了结构优化设计的目的。     

核电站钢制安全壳封头屈曲评价方法简介及应用

基于对 ASME 规范案例 N -284金属安全壳体屈曲的研究,介绍了适用于先进核电站钢制安全壳封头屈曲分析与评价的简化方法。同时,利用通用有限元程序 ANSYS 二次开发语言编写屈曲评定模块,并结合先进非能动核电站严重事故工况,完成钢安全壳封头屈曲安全评价。     

基于有限元分析的螺杆压缩机壳体结构设计与优化

螺杆压缩机壳体作为压缩机的重要组成部件,在压缩机运行过程中,起到承受内压的作用,同时壳体也是结构振动传递的主体部件。因此,螺杆压缩机壳体需满足强度设计合格,刚度设计合理,不发生共振等要求。采用有限元分析的方法,应用通用有限元软件ANSYS,完成了某型号半封闭双螺杆制冷压缩机的壳体结构模态分析与强度分析,并根据分析结果,进行了结构优化,以确保该型号压缩机壳体结构设计合理。     

基于折衷规划的汽车变速器壳体拓扑优化方法研究

针对变速器壳体多档位拓扑优化的问题,以某前横置变速器壳体为研究对象,以柔度最小,即刚度最大为优化目标;借助Hyperworks分析软件,运用折衷规划方法,对变速器壳体进行拓扑优化来提高结构的刚度、强度及固有频率。仿真结果表明:壳体结构设计模型经折衷规划拓扑优化后,在约束体积设计空间内,柔度达到最小值,满足汽车各档位下壳体强度可靠性要求。一/倒档100%扭矩工况下,目标变速器壳体的应力,轴承孔最大位移量以及一阶固有频率,较优化前的计算值,均达到了校核要求。     

镁合金微型电动车车架开发

介绍了自主研发的微型电动轿车镁合金车架的结构设计方法.在车架的开发过程中,利用拓扑优化方法设计其概念结构,在此基础上考虑结构轻量化等要求对车架进行杆件截面优化设计.对镁合金车架与钢车架的力学性能进行了比较分析,对以镁合金车架为平台的骨架式车身的正面碰撞安全性进行了仿真分析,结果表明,同样工况下镁合金车架可以达到并超过钢车架的强度,满足被动安全性要求,同时减轻了重量.     

镁合金微型电动车车架开发

介绍了自主研发的微型电动轿车镁合金车架的结构设计方法。在车架的开发过程中,利用拓扑优化方法设计其概念结构,在此基础上考虑结构轻量化等要求对车架进行杆件截面优化设计。对镁合金车架与钢车架的力学性能进行了比较分析,对以镁合金车架为平台的骨架式车身的正面碰撞安全性进行了仿真分析,结果表明,同样工况下镁合金车架可以达到并超过钢车架的强度,满足被动安全性要求,同时减轻了重量。     

GIS检测操作臂的结构设计及优化

针对GIS检测移动操作臂的作业要求,首次开展了一种五自由度操作臂的结构设计与优化。首先通过分析GIS检测的任务要求,完成操作臂构型尺度设计;假定均质杆件和集中负载,建立机械臂力学模型,基于抗弯截面系数的平方与截面面积的三次方比值最优完成主操作臂的截面形状和截面尺寸的设计;建立三维实体模型,基于有限元方法完成操作臂在不同工况下的应力分析,在此基础上,采用遗传算法对操作臂进行结构优化。优化后的结构尺寸使操作臂的质量明显减小且能够保证足够的强度和刚度。     

基于灵敏度分析的门式起重机结构优化设计

针对门式起重机的结构特点,运用ANSYS软件的APDL语言创建了门式起重机参数化有限元模型,在两种危险工况下对其进行有限元分析,获得了门式起重机在这两种危险工况下的最大等效应力与变形分布。根据分析结果,对门式起重机的结构进行灵敏度分析,得到对门式起重机总体积影响较大的截面尺寸和外形尺寸,基于此,运用ANSYS软件内部的sub-problem优化算法对这些尺寸进行优化设计。在满足刚度和强度要求的前提下,使优化后的门式起重机总质量减轻了19.3%,取得了较好的优化效果。     

基于拓扑优化和多目标优化的掀背门轻量化研究

应用拓扑优化和多目标优化设计方法,采用CAE分析软件Altair.OptiStruct和Altair.HyperStudy,对某大型SUV掀背门进行轻量化研究。得到掀背门原始结构的性能参数,确定优化目标;运用Altair.OptiStruct软件对掀背门结构进行拓扑优化,得出掀背门内板筋的最优布置;再运用Altair.HyperStudy软件对掀背门进行多目标优化,包括形状变量和尺寸变量优化,寻找到掀背门内板加强筋的截面尺寸和各部件厚度的最优解。优化后的结构在综合性能提高的同时,总质量也明显减轻,实现了轻量化的目标。