采煤机牵引机构接触应力分析及其结构优化研究

采煤机是影响煤矿开采效率的重要机械装备，牵引机构的作用是实现采煤机的移动。基于UG和Ansys软件构建了采煤机牵引机构的有限元模型，对行走轮与销排之间的接触应力进行分析后发现，行走轮齿面接触应力相对较大，最大值达到了789 MPa，是导致齿面磨损和点蚀问题的根本原因。结合实际情况对牵引机构的结构进行优化改进，结果使得齿面接触应力降低到了690.4 MPa，降低幅度大约为12.5%。将优化后的牵引机构应用到采煤机工程实践中，经现场应用发现取得了良好的效果，为采煤机工作效率的提升奠定了良好的基础。     

基于结构可靠性分析的风力发电机主轴优化设计

基于ANSYS软件的参数化语言APDL,以结构尺寸参数为变量,建立兆瓦级风力发电机主轴的参数化有限元模型,并得到主轴有限元分析的命令流文件,在此基础上,利用数据优化软件ISIGHT联合ANSYS软件对风力发电机主轴进行实验设计(Design of Experiment,DOE),分析出各尺寸参数对风力发电机主轴最大工作应力的影响,选取影响较大的5个尺寸参数,利用ISIGHT软件的近似建模功能,建立风力发电机主轴最大工作应力和尺寸参数之间的二阶近似响应面模型。根据得到的响应面模型,通过MATLAB软件,编制风力发电机主轴静强度可靠性计算程序。最后,通过ISIGHT软件的优化模块,在保证主轴结构可靠度符合要求的情况下,对风力发电机主轴的尺寸参数进行了优化设计。优化结果显示,选用MISQP优化算法优化效果最好,优化后风力发电机主轴体积减少了2. 47%。     

基于双响应面法的行星齿轮机构稳健设计研究

双响应面法是通过试验设计分别构造响应面均值和方差的近似模型,并通过该模型进行优化的一种稳健设计方法.文中对双响应面法中的实验设计、响应面模型的建立等内容进行了分析研究,并将此方法应用于行星齿轮机构设计中,建立了基于中心组合试验的行星齿轮机构稳健设计模型.与传统优化方法相比,该方法提高了设计的稳健性.     

基于响应面法的风机塔筒门框多目标优化研究

针对大型风力发电机组塔筒门框极限工况下等效应力过大以及造价昂贵的问题,以某大型风力发电机组塔筒门框为例,利用ANSYS workbench软件建立了包含门框的塔筒底段有限元参数化模型。采用中心复合实验设计方法(CCD)设计了响应面模型,通过响应面分析,研究了门框尺寸变化对其所受等效应力的影响;同时基于响应面分析结果,采用Shifted Hammersley方法抽取了优化样本的初始种群,采用遗传算法对门框进行了多目标优化。研究结果表明:经过优化,门框的最大等效应力降低26.69%,同时质量减少73.82%。     

一种机器人第七轴系统的优化设计方案

针对机器人竖直加工范围较小以及机器人第七轴的弯扭复合变形问题，将响应面法与结构拓扑相结合，提出一种抬高式重载机器人第七轴全局优化设计方案。该方案根据轨道交通车体表面打磨产线的设计需求进行第七轴结构设计，由机器人加工极限位姿建立七轴系统几何模型，并根据单元理论选定单元，建立基于虚位移的线性有限元方程，进行静力分析求解。根据分析结果，将第七轴系统划分为基座与加高座结构件两个模块，分别将其关键尺寸参数化，并通过Box-Behnken方法设计试验采样，建立基于多元二次线性回归方程的二阶响应面模型，结合输出的灵敏度分析结果建立强响应因素3D响应云图，采用遗传算法分别对各模块响应面求最优Pareto解，根据易加工原则，确定关键尺寸，完成尺寸优化。最后对加高座结构件模型进行拓扑优化分析，去除设计域冗余材料，结合实际加工情况，对拓扑结果进行模型重构，得到最优设计方案。     

GTF减速器柔性传动轴的响应面设计

对GTF减速器的传动轴进行了响应面设计并最终确定了其最优几何参数。首先,使用Python语言在Abaqus平台上开发了柔性轴有限元模型的参数化计算程序。该程序能够自动实现有限元分析的全过程,从而提高了计算效率。其次,采用优化的拉丁超立方抽样方法在设计空间内得到60个采样点,调用参数化程序求得了所有采样点对应的传动轴上最大Von Mises应力值,并以该应力为目标函数建立了响应面优化模型。最后,将最优解反代入有限元模型中再次求解,所得结果验证了该响应面模型的正确性。同理,给出了以刚度为目标函数的响应面模型及其最优解。两种响应面设计方案为工程应用提供了理论依据。     

基于综合策略的金属簧片阻尼隔振器参数优化

建立了金属簧片阻尼隔振器有限元参数化模型和数学优化模型.通过优化超拉丁方实验设计,分析设计变量对隔振器抗冲击性能影响的变化规律.对隔振器进行优化,采用基于近似模型的组合优化策略:先用多岛遗传算法探索全局最优解所在区域,再用序列二次规划算法逼近精确最优解.建立RSM和Kriging近似模型,并进行误差分析,其中Kriging模型误差平均值为0 127 53,认为其拟合本隔振器非线性响应可靠有效.经过综合优化策略,承载结构最大加速度响应较初始设计时最大加速度响应下降了56.08%,结果表明此优化策略实用、可行.     

支持向量机响应面在结构优化中的应用

针对复杂工程优化问题,存在设计变量多、计算时间长、优化效率低且准确性难以判断等缺点。将支持向量机代理模型引入优化设计中。采用中心复合实验设计方法得到实验设计点,并采用支持向量机方法建立支持向量机响应面。对支持向量机响应面模型进行优化设计,得出优化结果。最后通过工程算例分析,建立对应的支持向量机响应面并对其进行优化设计,使用该方法优化后,其门式起重机主梁自重减轻了20%。为了验证其结果的准确性,采用有限元方法验证了优化后的结果,证明了其有效性。该方法对研究结构优化设计有着重要的参考及借鉴意义。     

液压纠偏机构强度分析及结构优化

以初步设计的液压纠偏机构为研究对象,建立了基于ANSYS/APDL的参数化有限元模型,对其进行强度分析;建立了液压纠偏机构的结构优化模型,采用零阶优化方法求解得到最优设计参数,在满足结构强度的同时实现了轻量化;以优化结果为依据重新设计了液压纠偏机构并进行制作,目前使用效果良好。     

基于模糊可靠理论的采煤机牵引机构传动可靠性分析

针对采煤机牵引机构长期运行情况下易受到损坏、可靠性不足的缺陷,提出了基于模糊可靠理论的采煤机牵引机构传动系统可靠性分析方案。建立了采煤机牵引机构动力学模型及采煤机的动态可靠性模型,对采煤机传动系统可靠性进行分析,结果表明,采煤机牵引机构传动系统工作时的动态可靠性随着工作时间的增加而逐渐降低,在工作时间达到600 h后,工作的动态可靠性就降低到了约0.994 6。     

斜齿轮接触分析与修形优化

基于齿轮啮合原理,利用UG建立精确的三维齿轮参数化模型,依据接触分析理论建立了五齿对有限元模型,并采用ANSYS Workbench对简化模型进行接触分析。改变传统的经验修形方法,根据有限元分析结果利用KISSsoft对齿轮修形参数进行优化。以齿面接触强度、传递误差等为优化目标得到最佳修形量,最后通过ANSYS Workbench验证修形效果。     

基于振动特性的多学科多目标摩托车优化

以摩托车强度、刚度、轻量化为约束条件,以响应面法为基础建立多学科多目标优化方案.运用Hypermesh建立有限元模型,通过Radioss进行计算,并以Hyperstudy为优化平台.采用正交实验设计对优化变量进行灵敏度分析,运用拉丁方实验设计获取采样数据点,利用移动最小二乘法构建响应面模型,结合多学科、多目标优化设计方法进行结构优化,实现提高车架结构特性和摩托车动态特性的目标.     

液压静力压桩机压桩箱结构的灵敏度分析和优化设计

运用ANSYS软件和参数化设计语言APDL,建立YZY800D型液压静力压桩机压桩箱的参数化有限元模型,进行有限元分析,找出结构的危险工况;在此工况下,利用ANSYS概率设计系统(PDS)和基于响应面法的蒙特卡罗模拟技术,进行结构灵敏度分析,确定压桩箱主要结构尺寸参数对结构应力和总质量的影响程度;根据有限元和灵敏度分析结果,设置结构优化设计变量,利用ANSYS的OPT系统进行优化设计,并结合工程经验,确定出优化后的结构尺寸;通过优化前、后的有限元分析结果对比,优化后的结构总质量减少了13.16%,有效降低了结构重量。     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

基于表面响应模型法的城市轨道交通用直线感应电机次级结构优化

建立了城市轨道交通用单边直线感应电机(SLIM)的3D有限元模型,通过次级结构参数化分析研究了次级结构参数对电机启动力特性的影响,找出了两个对启动力特性影响较大的参数,即次级铝板厚度与次级宽度。建立了仅需少量3D参数化有限元的分析结果,以及基于神经网络的SLIM启动力特性的表面响应模型。基于SLIM的表面响应模型,以次级铝板厚度与次级宽度为设计变量,以获得最大启动推力及最小法向力为优化目标,利用多目标遗传算法对SLIM次级结构参数进行了优化。提出了结合直线电机综合力性能指标进行最佳次级结构参数选择的方法。仿真与实验结果验证了电机表面响应模型以及优化方法的有效性。     

基于Ansys Workbench的低位缠绕机链轮支架的仿真与优化

以低位缠绕机的链轮支架作为研究对象,运用AnsysWorkbench15.0有限元软件对其进行静态特性分析,拓扑优化,并且结合中心复合实验设计方法建立响应面模型,采用多目标优化设计方法对响应面模型进行优化,从而获得最优解,为实现链轮支架的轻量化和小型化提供了依据。     

基于ANSYS环境的参数化有限元建模

介绍了参数化有限元模型重要性，阐述了基于ANSYS的参数化有限元模型建立方法，以压力筒有限元分析为例，描述了其参数化建模过程，并进行了优化设计。实例表明：参数化有限元建模能提高求解效率。     

基于双响应面模型的6σ稳健设计

双响应面法是通过试验设计分别构造响应均值和方差的近似模型，并通过该模型进行优化的一种稳健设计方法。文中对实验设计方法、响应曲面模型建立以及优化策略等进行分析。为实现质量管理与产品设计的协调，将质量工程中的6σ理念与双响应面法相结合，提出基于双响应面模型的6σ稳健优化设计方法。与传统优化方法相比，该方法不仅提高了优化效率，而且提高了设计的可靠性和稳健性。将其应用于结构优化设计和金属板料的拉深成形优化设计，均获得良好的结果。     

采煤机牵引部刚柔耦合系统仿真研究

应用三维机械设计软件Pro/E、有限元分析软件ANSYS和机械系统动力学仿真分析软件ADAMS,建立了采煤机牵引部刚柔耦合虚拟样机模型,并利用ADAMS/View模块对其结构强度进行了研究,发现了采煤机牵引部薄弱环节,为有效地提高采煤机整机的寿命和对其进行局部结构优化提供了理论依据,对全面掌握牵引部系统的动态性能具有重要价值。     

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%。