城市地下建设管廊模具支撑架结构设计与优化

针对城市地下建设分体式管廊模具浇筑混凝土重量大，导致模具支撑架结构存在刚强度不足、质量过大的问题，对支撑架结构静态和动态性能进行了研究。提出以支撑架结构静态载荷下刚度最大和动态低阶固有频率最大为目标，采用折衷规划法和平均频率法对支撑架结构进行拓扑优化，得到结构单元密度图，找出支撑架结构的薄弱位置，进而对支撑架结构尺寸参数设计。通过建立尺寸参数优化的数学模型，对支撑架厚度参数进行优化。分析数据结果表明：优化后的支撑架结构不仅提高了力学性能和抑制振动能力，而且支撑架实现轻量化，质量减轻了26%，达到较为理想的优化目标。     

高海拔汽车试验舱体结构优化研究

针对高海拔汽车试验舱体结构存在质量过大,舱体在极端工作情况下发生失效的问题,以中间段测功舱为研究对象,对其主体结构静态和动态性能进行了研究。提出了以测功间舱静态载荷下刚度最大和动态低阶固有频率最大为目标,采用折衷规划法和平均频率法定义多目标函数进行了结构拓扑优化,得出了其结构的单元密度图,找出了舱体结构的薄弱环节;对拓扑优化后的舱体构型进行了重新布局,通过构建尺寸参数的数学优化模型,对关键尺寸加强筋厚度及蒙皮参数进行了尺寸优化。研究结果表明:优化后的测功间舱体结构质量减少10.9%,前三阶固有频率增长6.2%～7.8%,最大变形量减少13.6%,虽然最大等效应力增加24%,但各项指标仍满足测功间舱工作情况设计要求,最终实现了优化目的。     

基于二阶响应面法的五轴磨床主轴多目标优化

五轴磨床主轴的动态性能和运动精度对精密五轴数控磨床性能有显著的影响,为了保证磨床的转动主轴具有良好的动态性能和最优的运动精度,提出了一种结合各尺寸参数敏感性分析的多目标优化设计方法。首先,在SolidWorks中建立合理的参数化模型,将其导入Workbench中进行模态分析与静态分析,根据分析结果对主轴结构主要参数进行对比;然后,进行BOE试验,通过试验结果数据进行线性回归处理与灵敏度分析,找出对主轴质量、刚度与低阶固有频率这3个目标灵敏度高的结构尺寸;最后,利用Design-Expert软件计算样本点响应值,建立某型号立式五轴磨床的设计输入与响应输出之间的二阶响应面优化模型,并采用多目标遗传算法对优化模型在设计空间内进行求解和分析。分析表明：主轴最大形变位移降低27.35%,质量降低3.81%,低阶固态频率提高了6.03%。     

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。     

基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计

结合静态和动态拓扑优化方法对汽车前纵梁进行耐撞性设计,通过静态拓扑优化方法分别获得前纵梁在轴向刚度最大和侧向刚度最大时的结构形式,通过动态拓扑优化方法获得前纵梁具有最大吸能时的结构形式。对拓扑优化结果进行分析,综合考虑前纵梁的轴向刚度、侧向刚度和吸能特性,最终确定前纵梁的最佳截面形式与诱导结构的尺寸和位置。优化前后前纵梁的吸能特性对比结果表明,拓扑优化使前纵梁的耐撞性能有一定的提高。     

VX380T数控加工中心工作台拓扑分析及多目标参数优化设计

为使VX380T数控加工中心工作台同时具有优越的静、动态性能和轻量化特点。利用拓扑分析的方法研究工作台截面的最佳载荷传递路径,依据拓扑分析结果设计了工作台的加强筋布局。将新结构工作台的整体质量和最大频响幅值为目标函数,以各加强筋的结构参数为设计变量,以原始工作台的静态性能和前3阶固有频率为约束条件进行多目标参数优化设计。对参数优化后工作台的质量、静动态性能进行对比分析,结果表明,其质量减轻了12.19%的同时,其静动态性能也得到了显著提高,证明了优化设计的可行性和有效性。     

注塑机前模板的拓扑与参数优化设计

以浙江某注塑机厂BT2200V-Ⅱ的前模板为对象,借助于ANSYS有限元软件对前模板进行拓扑优化,寻找模板的最优结构形式;并通过将参数优化,确定前模型的实际结构尺寸.最后对优化前后的模板进行了有限元对比分析,检验了优化模板结构的合理性和可用性.     

SCS-100TU型电子汽车衡秤体结构优化

针对目前汽车衡秤体结构材料利用率低、质量大的问题,将结构优化设计的方法引入到秤体结构设计中。以U型梁和秤台的几何尺寸为设计变量,秤体的最大挠度为约束条件,秤体整体质量为目标函数,利用参数化APDL语言建立了秤体结构的有限元优化模型,对秤体结构进行了优化分析,从而确定了U型梁和秤台的几何尺寸。研究结果表明,在满足秤体刚度和强度设计要求的前提下,秤体结构优化后的质量比原来的降低了6.7%,实现了降低秤体结构质量的目的,提高了材料利用率。     

基于粉料流动理论的料仓侧形设计及受力分析

介绍了仓内粉体物料流动特性,在此基础上对粉体料仓的侧形设计和仓体结构优化进行了简述,利用Janssen方法,研究分析了典型楔形仓内物料静压力分布,并应用研究结果对某楔形仓受力进行计算。     

基于TOPSIS法的大型床身优选设计

以球形蜗杆砂轮磨齿机的床身为研究对象,设计了不同的床身结构作为备选方案,并建立了各方案参数化模型,对其进行了灵敏度分析和多目标优化计算确定其最优尺寸参数,通过对其进行有限元分析获得了优选决策的初步数据。建立了床身优选评价的TOPSIS数学模型,经计算求解优选出最佳方案。对比分析了优选前后床身的静态和动态性能,验证了床身的优选结果的有效性,完成了球形蜗杆砂轮磨齿机床身的优选设计。     

微压休闲舱加强筋布局优化及轻量化研究

针对现有民用压力舱体存在质量过大，在模拟不同工况时因刚强度不足而发生失效，结构安全性较低的问题，这里以休闲舱结构为研究目标，深入研究其结构的静动态性能。通过构建多目标函数模型并在HyperMesh软件中定义，进行静动态拓扑优化，并获取舱体的单元密度图，分析确定其薄弱区域，同时对休闲舱加强筋结构重新布局并建模；为实现结构轻量化目标，通过构建尺寸优化的函数模型，对各区域加强筋和舱体壁面厚度参数进行优化。优化结果显示：优化后的休闲舱质量减少11.58%，前三阶固有频率分别提高了8.06%、8.34%、9.68%，最大变形量减少0.633mm，最大等效应力降低10.8MPa，在提高舱体结构安全性的同时实现了一定程度的轻量化。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

三仓卧式浇筑管廊模具

以三仓卧式浇筑管廊模具为例,详细介绍了管廊模具的各部件结构、管廊模具的设计及制作要点和管廊模具的预制生产过程。管廊模具实现了综合管廊构件的工厂化预制生产,有利于控制综合管廊构件的制作质量,为提高综合管廊的铺设效率和铺设质量、降低综合管廊的铺设施工难度和对环境的影响等方面起到了重要作用。     

采用结构仿生的重型机床立柱的综合优化

以重型球形蜗杆砂轮磨齿机立柱为研究对象,以应变能最小和1阶固有频率最大为目标,以体积分数为约束,对重型立柱结构进行拓扑优化,得到复杂载荷下材料的最佳分布。结合结构仿生优化和尺寸优化对立柱内部复杂结构进行优化。优化前后立柱的静动态性能指标的对比结果表明:立柱的静动态性能显著提升,内部复杂结构的仿生轻量化和尺寸最佳得以实现,从而验证了综合优化的有效性。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

龙门导轨磨床立柱的多目标拓扑优化

以多工况下的应变能和结构振动固有频率为优化目标函数,对龙门导轨磨床立柱进行多目标拓扑优化。将质量小于1.3t做为约束函数,得到最佳质量分布云图,根据质量分布云图重新对立柱部件进行结构设计,再对新立柱做进一步的多目标参数优化,采用同样的约束函数和目标函数完成尺寸优化。优化结果表明,质量减少18%,最大总位移减少6.7%,第一阶固有频率提高11%。实现了在减少材料使用的情况下提高立柱动静态特性的轻量化设计目标。     

校车底盘车架结构静动态特性拓扑优化设计研究

针对一款城市专用校车底盘车架结构一阶固有频率偏低的问题,研究了其拓扑结构与静动态特性之间的关系,提出了基于静动态特性的校车底盘车架结构多目标拓扑优化设计方法,即以多工况下的底盘车架结构静态刚度和一阶固有频率最大为目标函数,以拓扑区域体积比为约束函数,建立其结构拓扑优化模型,利用Hyper Works的Optistruct软件对底盘车架结构进行多目标拓扑优化设计,结果表明,优化设计的底盘车架结构在静态刚度保持不变的前提下,其动态一阶固有频率提高了34.6%,较好地解决了校车底盘车架动态特性较差的问题。     

基于多目标的刨切机床身结构优化设计

以某数控刨切机床身为研究对象,提出一种基于灵敏度分析与结构优化设计相结合,以床身质量、最大静变形和一阶固有频率为优化目标的床身优化设计方法。建立床身有限元模型,对其进行动静态特性分析,通过对床身主要设计参数进行拉丁超立方试验设计,在此基础上,对各设计参数进行灵敏度分析并建立响应面模型,确定影响床身质量和床身动静态特性的关键参数,运用多目标优化算法对床身进行优化求解,根据优化结果,得到最佳优化方案。结果表明:床身质量减少 5.82% ,最大静变形减小 6.71% ,一阶固有频率提高 6.11% ,该优化方法在提高床身动静态特性的基础上,减轻了床身质量,为床身优化设计提供理论参考。     

连续体结构的静动态多目标拓扑优化方法研究

为实现以静态多工况下刚度和动态特征值为目标函数的拓扑优化结构设计,提出一种连续体结构的静动态多目标拓扑优化模型.以平均柔度最小化和平均特征值最大化为目标,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,根据决定函数大小来选择最优的妥协解,并且对目标函数进行归一化,消除不同性质目标函数在数量级上的差异.拓扑优化采用同体各向同性材料插值方法,将移动近似算法用于多目标拓扑优化问题的求解,并且用过滤求解技术避免拓扑优化中数值不稳定性现象.数值算例结果表明,文中提出的方法在连续体的静动态多目标拓扑优化设计中是正确的和有效的.     

基于承载力分配法的多功能重载AGV结构优化

针对飞机装配过程中需要柔性运输大部件并对其在承载状态下进行装配作业的问题,提出一种多功能重载自动导引车的一般配置形式。综合考虑智能托架和轮系的承载受力情况,基于车体静力平衡方程和尺寸约束条件提出一种承载力分配方法,基于该方法和渐进结构优化法,对自动导引车的车体结构进行拓扑优化研究并确定一种交叉梁结构设计方案,同时采用多目标优化算法确定了一组关键结构尺寸的最优设计参数。静态承载试验结果表明,经过优化设计的车体结构可以满足工程实际需求。