基于拓扑优化方法的回转器箱体结构设计

结构设计中引入拓扑优化技术在克服传统CAE设计过程创新能力不足的同时,也极大地提高了设计效率.论文以某钻机回转器箱体结构设计为例,基于拓扑优化技术,根据回转器工作位置及其部件的安装要求,给出其简易模型,随后对模型的几个受力部位进行详细的受力计算,并在划分网格后设定优化区域,利用变密度法对模型进行拓扑优化后得到概念模型.针对优化结果给出其整体三维模型,然后对新模型进行详细优化,最终得到了全新的模型结构.结果表明,拓扑优化后的结构不但工作空间小,强度能更好地适应设备工作要求,而且设计周期更短.     

ANSYS优化算法的研究及其在液压机优化设计中的应用

以有限大平板中的孔形状优化问题为例,探讨ANSYS优化设计模块中优化算法(和几种组合优化算法)的特点。并根据结论,选择了两种组合优化算法对某型四柱液压机机身整体进行了优化计算,得到了优化后液压机几何模型参数。利用优化后的参数进行了模型的重新构建分析,结果表明,新的设计满足液压机的强度刚度设计条件,机身的材料分布更合理,整体重量有较大的减轻。     

汽车覆盖件冲压方向的优化

本文分析了冲压方向在汽车覆盖件工艺设计中的作用，总结了影响冲压方向选择的诸多因素，通过将空间问题转化为平面问题，导出了以评价函数法为基础的冲压方向优化模型。该模型对拉延件截面形状进行分析，以冲压过程中不得存在死角为约束条件计算单截面的可行域，由此推出了轴向转角的公共可行域，并建立了一组目标函数做为优化对象。利用遍历法在截面转角的公共可行域内进行搜索，求出各个截面的最优值，最后加权平均便可得到目标函数值。文中给出了程序框图和计算实例。     

基于遗传算法和神经网络的曲面零件拉伸类翻边研究

利用遗传算法和BP神经网络建立曲面零件拉伸类翻边的计算模型,该模型可代替系统原来的有限元模型,提高了优化过程的效率.首先通过分析曲面零件拉伸类翻边的变形特点,找出影响其成形极限的主要因素,并利用正交试验法和有限元技术确定神经网络训练样本,同时得到了上述因素对翻边结束后板料最大变薄率的影响规律和影响重要程度,最后利用遗传算法的神经网络构建了主要影响因素对零件最大变薄率的响应面,并得到使翻边成形性能最优的设计参数组合.     

LINGO7.0软件包及其在机械优化设计中的应用

运用LINGO7．0模型语言优化算法,对机械工程中的优化问题进行了优化研究,得到了可靠且比常规优化更为有效的优化结果,LINGO模型语言不仅能求连续变量的优化问题,且能更方便地求解工程中更为需求的整型优化问题。本文在对软件简单介绍后,给出优化实例予以说明。     

薄壁AlSi10MnMg结构件压铸工艺数值模拟与优化

以某薄壁AlSi10MnMg铝合金结构件为研究对象,利用正交试验法,设计多因素多水平正交试验寻求优化工艺参数组合。利用Pro/Engineer对浇注系统和铸件整体进行三维建模。在Flow-3D软件导入几何模型,对不同参数水平组合下的铸件充型状态进行数值模拟,得到充型结束后的卷气模型示意图。利用Photoshop对输出图片中铸件的卷气含量比例进行计算,对单指标的试验结果进行直观分析,得出最优参数,从而完成对压铸工艺的优化。使用优化的工艺进行生产验证,微观组织观察和X射线检测结果显示铸件质量良好。     

某微型轴流涡轮的流场仿真与性能计算

为了得到某微型轴流涡轮的气动性能和优化设计方案,利用计算流体动力学(CFD)软件CFX14.0对涡轮的流场进行了全三维计算,湍流模型采用带转捩SST(Shear Stress Transport)的N-S(Navier-Stokes)方程模型,计算结果与试验结果进行了对比,两者吻和较好。计算得出了涡轮在各个工作点的内部流动状况并得到涡轮的特性曲线,该发动机燃气涡轮性能平坦,工作范围较窄,设计点效率为0.805,相对大型发动机的涡轮效率较低。计算结果为先进的微型航空发动机的涡轮设计提供了一定的参考和借鉴。     

塑料模并行设计研究

分析了塑料模设计过程,将并行工程思想应用于塑料模设计中,以解释结构模型法(ISM)为基础,划分了模具设计中各活动的级别,经过优化重组,得到了能体现并行设计特点的塑料模设计过程结构模型,反映了并行环境下塑料模设计过程的规律。     

码垛机器人小臂结构轻量化设计

以码垛机器人小臂为研究对象,对其进行轻量化结构设计。首先,利用ANSYS Workbench对其进行静力分析和模态分析,得到机器人小臂在最危险工况下的静、动态特性;在此基础上,基于变密度优化方法进行结构拓扑优化,利用Rhino Grasshopper,设计了一种内部填充蜂窝骨架的小臂模型;根据设计后的模型结合经验法,对小臂原模型进行了模型的优化重构,并对优化后的模型进行了强度验证,在满足力学性能的条件下,重量减轻了48.048kg,达到了轻量化的目的。并通过增材制造对机器人小臂模型进行打印,证明了设计方案的可行性,为码垛机器人的设计和加工提供了理论依据。     

基于LINGO9.0软件的混合离散优化方法研究

运用LING09.0模型语言优化算法,对机械工程中的混合优化问题进行了研究,得到了可靠且比常规优化更为有效的优化结果,LINGO模型语言不仅能求连续变量的优化问题,且能更方便地求解工程中更为需求的整型优化问题与离散优化问题.本文对软件的使用与注意事项进行了介绍,给出多个优化实例,获得了比现有优化方法更好的结果.     

差分进化算法在平面扭簧设计中的应用

由于因变量和自变量的关系无法用显式函数表达,导致平面扭簧的设计优化问题都是昂贵黑箱问题。差分进化算法是近年来用于解决高成本优化问题的方法,它通过使用代理模型,对适应度与因变量的关系进行预测,从而大幅降低计算成本。提出一种基于变可信度代理模型和差分进化相结合的设计优化方法(VFS-DE)。利用所提出的VFS-DE进行相关优化测试函数检验,结果表明:该方法可以有效地解决函数优化问题。将VFS-DE应用在机床伺服电机平面扭簧的设计中,相关实验结果验证了该方法的有效性。     

基于灵敏度分析与响应面模型的机床主轴箱优化设计

针对机床主轴箱结构优化设计中模型复杂及计算量大的问题,提出一种将灵敏度分析与响应面模型相结合的优化办法。以箱体壁厚和筋板尺寸为输入参数,主轴箱质量、最大变形、最大应力、1阶固有频率作为目标参数进行灵敏度分析,筛选出6个关键尺寸作为优化参数;采用最佳填充空间设计法和Kriging函数法构建主轴箱响应面模型,通过多目标遗传算法对响应面模型进行求解计算。最后对优化后的主轴箱进行有限元分析来验证求解的准确性,优化后的主轴箱质量减轻了13.58%,可以为机床其他类型零部件优化提供参考。     

斗轮堆取料机前臂结构轻量化可靠性优化研究

针对斗轮堆取料机前臂轻量化优化设计过程中存在的不确定性，建立考虑结构参数、材料性能、负载以及代理模型不确定性的前臂轻量化优化设计方法。为提高计算效率，构造精度较高的Kriging模型。首先对前臂质量进行确定性优化，并将优化设计结果作为可靠性优化算法的初始值，在此基础上建立多因素不确定性优化模型。最后根据设计要求，考虑多种不确定性因素，对前臂质量进行了可靠性优化。结果表明：该方法大幅降低了前臂的质量，优化结果可靠性高。     

区域性阴极保护数学模型算法的改进

用边界元法（ＢＥＭ）求解区域性阴极保护的数学模型，以往采用矩形单元离散，步骤比较复杂，工作量大，当被保护体的几何形状适宜进行柱面单元划分且同柱面单元截口线上的电位可视为近似相同时，采用柱面单元离散，可减少模型中节点的数量，缩短计算周期，利用可变误差多面体寻优时，以往对阴极极化曲线的拟合过于简单，寻优的平稳性较差，对阴极极化曲线进行分段性拟合，可使寻优过程更加平稳，按上述方法编制的程序ＢＥＭＵ已用于     

基于元启发式算法的凸轮从动机构优化设计研究

针对传统的凸轮从动机构设计方法不能满足凸轮从动机构多因素和多层次的设计要求,提出用元启发式算法对凸轮从动机构进行设计优化。构建凸轮从动机构简化示意图,采用元启发式算法实现凸轮从动机构的设计优化,并对优化效果进行仿真验证。分析凸轮从动机构的结构,建立凸轮从动机构数学模型;定义3个优化目标,同时添加8个约束条件。开发元启发式优化算法蚂蚁优化器,编写相应代码。采用MATLAB软件对凸轮从动机构进行仿真,与传统计算法计算结果进行对比和分析。仿真结果表明:采用元启发式算法优化后,机构尺寸最大减小9.5%、提升从动机构所需力最大减少2.4%、最大接触应力最大减少12.1%,从动机构位移跟踪误差、速度以及加速度的最大值也大大减少。验证了采用元启发式算法能有效实现凸轮从动结构的设计优化。     

遗传算法在盘式制动器优化设计中的应用

在机械优化设计中，传统的优化方法存在着求解过程复杂和寻优过程容易陷入局部最优解的问题。本文采用遗传算法将生物进化原理和最优化技术结合，使求解无需确定性规律，寻优过程得到简化，确保大概率地获得全局最优解，将其应用于盘式制动器的优化设计中，取得了很好的效果。     

基于正交试验和综合评判的液体静压导轨平台多输出优化

运用正交试验设计与多输出综合评判相结合的方法,对超精密液体静压导轨平台整体结构进行优化设计。通过有限元软件模拟正交实验,结合模糊数学中的综合评判法对分析的结果进行综合评分。通过对综合评分进行极差分析,确定了影响导轨平台变形的关键因素和非关键因素,建立导轨平台机构的优化设计数学模型。根据优化结果提出全新的更为合理的液体静压导轨平台设计方案。该设计不仅有助于减小导轨的变形、提高平台导轨面间的平行度精度,还在减小整体质量方面取得了很好的效果。     

磁流变减振器的优化设计与实验研究

磁流变减振器的磁路结构是磁流变减振器设计的重要环节,该结构的好坏将直接影响到减振器的工作性能的优良。采取参数化仿真的方法,分析得到了磁路的关键结构参数对间隙磁路的磁感应强度的影响,针对设计目标,选取设计变量,建立磁路的仿真模型。在磁流变减振器的设计中引入有限元分析的优化设计过程,采用参数化语言编程对模型结构参数进行优化。加工磁流变减振器样机,实验验证优化效果。仿真分析及实验结果均表明:运用参数化语言编程对磁流变减振器的磁路结构进行优化设计后,间隙处的磁感应强度得到明显改善,能够满足设计目标,磁场分布更加合理,是一种有效的磁路优化方法。     

基于近似替代模型的多工位高速锻造预锻模具优化

多工位高速锻造是一种节能减耗的先进成形技术,与传统的单工位多工序锻造有较大区别,不合适的预锻工位模具设计在生产中会造成载荷过大、锻件充填质量差、折叠等问题。文章提出了基于近似替代模型的多工位高速锻造预锻模具优化设计方法,采用拉丁超立方抽样方法构造初始样本点集,应用有限元软件获得响应值,并应用Kriging模型和BP神经网络模型建立真实问题的替代模型,来近似拟合预锻工位模具形状与成形载荷、成形质量之间的关系,并结合基于惩罚函数法的遗传算法求得最优解。以3工位高速锻造问题为例,经过优化取得了良好的效果,与初始设计相比,成形质量显著提高,成形载荷下降了40%左右。     

大型单架轧机弹性基础的防震性能优化

给出了轧机机架及混凝土基础间设置弹性阻尼元件形成隔震的数学表达,对于基于力的传递率的隔震基础的隔震效果建立了包括弹簧刚度及混凝土基础质量及外形尺寸等诸参数的优化模型,同时考虑了设计要求。针对模型的复杂性,传统设计方法无法寻求最优解的情况采用了基于Cauchy函数的快速模拟退火寻优算法,结果表明采用优化设计方案的轧机弹性基础减震效果大幅度上升,其它指标也更加合理。