拓扑优化在车架轻量化设计中的应用

利用OptiStruct软件,通过将刚度最大问题转化为柔度最小,选取车架作为研究目标,采用密度法对其进行拓扑优化,利用拓扑优化得到的密度云图作为轻量化设计的材料分布思路,完成新模型的构建,并验证优化方案的可行性,在满足其各种工况性能要求基础上,质量减轻3.11%。为进一步对整车及零部件应用拓扑优化提供参考。     

脐带缆截面填充构件拓扑优化轻量化设计

为了实现填充构件的轻质减重,同时保证填充减重后脐带缆具有足够的刚度与强度,本文选取4种典型截面形状的填充构件进行拓扑优化设计.基于传统密实填充空间定义设计变量,以柔度最小化为优化目标,在强度约束的条件下构建优化模型.同时,建立不同填充形式的脐带缆截面数值模型,以脐带缆的截面径向变形、关键构件应力和构件间接触压力作为评价...     

基于轻量化的发动机罩结构优化

以某SUV车型发动机罩为研究对象,通过结构优化设计与分析,开展发动机罩轻量化研究.在原有发动机罩结构的基础上,设计了竖型、W型和V型等3种不同结构的发动机罩,建立有限元模型,进行模态和刚度分析.比较分析这3种方案,得出V型结构的发动机罩在满足刚度要求的条件下,减重13.84％,为最佳方案.     

基于结构优化方法的单缸机机体轻量化设计

采用拓扑优化和形状优化相结合的集成优化方法,研究了结构优化方法在发动机气缸体轻量化设计中的应用.拓扑优化采用变密度方法,以缸体总柔度最小化为优化目标,以缸体重量为约束条件;应用形状优化对曲轴箱两侧壁面的厚度进行优化,以减重为优化目标,以最大应力不超过原缸体应力为约束条件.在最大爆发压力工况下优化后的缸体最大应力比原缸体低,应力分布更加均匀.结构优化方法应用于缸体的等强度轻量化设计,容易确定缸体的最佳形状,减少了重复设计验证的次数,可以大幅度缩短产品设计周期.     

基于子结构的内力约束连续体拓扑优化

通过拓扑优化可以得到传力路径,不同传力路径对应不同内力载荷。如果将内力载荷作为目标或约束进行拓扑优化,可以得到满足不同需求的传力路径,为拓扑优化的发展提供新思路和新方法。为了得到不同内力载荷需求的传力路径,基于子结构法将结构分开使内力暴露出来。以结构质量最小为目标,以内力为约束建立拓扑优化模型,基于独立、连续、映射( independent, continuous, mapping, ICM)方法和单位载荷法将内力显式化,通过累加获得需要控制的传力路径上的内力,通过迭代调整2个路径上的内力使其比值达到一个稳定的值,从而获得满足内力约束的传力路径。算例表明：不同的内力约束可以得到不同的传力路径。     

应力约束下连续体结构的拓扑优化

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用独立、连续、映射方法,对单元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型．引入了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率．并在MSC／Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,分析了结构在拓扑优化前后的应力分布．二维和三维数值算例表明该算法具有可行性和有效性．     

利用变厚度单元进行平面连续体的拓扑优化

提出了用变厚度矩形有限单元求解变厚度平面连续体拓扑优化问题的方法。根据计算出的每一节点处的应力,利用满应力设计方法的应力比公式,改变板在节点处的厚度,删除厚度过小处的单元,重新形成结构拓扑和刚度矩阵。按以上过程反复 迭代,实现拓扑优化。这种方法使得各单元间的厚度连续变化,在未增加单元及节点数量的情况下,提高了计算精度,减少了迭代次数。迭代过程中,矩形单元退化为常应变三角元,使结果的边界过渡更为光顺。中推导了变厚变矩形有限单元的单元刚度矩阵。     

二维连续体薄板结构的拓扑优化分析

为了研究应力和位移共同作用下多工况连续体结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法,建立了以结构质量为目标,同时包含2类约束问题的量纲一化的拓扑优化模型.采用应力全局化策略,将局部的应力约束转化为全局的应变能约束问题,减少了约束数目,避免了复杂的敏度分析;利用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行了求解,减少了设计变量的数目,提高了求解效率.二维薄板结构的数值算例表明,该方法具有可行性与有效性.     

基于ESO的反射镜拓扑优化设计

针对目前反射镜拓扑优化存在的局限性和渐进结构优化的优点,提出了用渐进结构优化的方法对镜体进行拓扑寻优。分析了渐进结构优化的原理并进行了改进,同时对比了不同模型和删除参数的影响,对镜体在竖直和水平两种工况下分别进行分析,得到了在复合工况下材料的最佳分布(载荷传递路径),分析了这个结果与现有镜体结构形式的异同,给出了改进建议,根据上述最佳材料分布加以整理,提出了一种多点支撑下的镜体结构形式,对以后相关设计具有一定的参考价值。     

基于ANSYS Workbench的某轻型货车车架轻量化设计

针对汽车车架的轻量化设计问题,本文采用ANSYS Workbench对某轻型货车的车架进行静态分析,利用UG软件建立车架有限元模型,对车架悬架的边界条件进行处理,并根据静态分析结果,通过在横梁上添加减重孔,减薄纵梁壁厚的轻量化方法对车架进行轻量化改进,同时,在4种不同工况下,对改进后的车架进行强度和刚度分析,分析结果表明,4种工况下的车架强度和刚度均满足设计要求,而且在满足强度和刚度要求的前提下,与改进前的车架质量相比,改进后的车架质量减少了11.42%,达到了车架轻量化的设计目的,因此改进后的车架动态特性满足要求。     

基于拓扑优化技术的光电平台弹性轴优化设计

竖直方位弹性轴系是机载光电平台关键部件以及主要承受载荷的部件,由于其负载重大,所以竖直弹性轴的强度、刚度与基频频率将直接影响光电平台的跟踪精度与稳定性。本文采用拓扑优化技术结合挠性设计思想对弹性轴进行结构优化设计,合理布置加强筋位置,弹性轴质量减轻38.5%,壁厚减小40%,基频数值提高19.7%,且在高温载荷下由于温度应力引起最大变形量减小23%,在不影响机械性能以及热性能的前提下优化结构,减轻了重量。     

基于有限元法的光电经纬仪主镜轻量化设计

对某光电经纬仪主镜的结构进行研究,了解主镜的支撑方式,分析了光轴不同指向时,镜面的面形变化(PV值、RMS值)规律.在对实体镜进行分析的基础上保证其支撑条件不变,对主镜进行轻量化设计,计算其轻量化率、PV值及RaMS值,比较两种轻量化结构,并研究镜面面形随镜面厚度的变化规律.分析结果表明,结构Ⅰ的轻量化效果较好,符合设计要求,研究发现,随着镜面厚度的增加,PV值和RMS值逐渐减少.     

基于有限元分析的赛车车架结构轻量化设计

通过对某方程式赛车车架结构的有限元分析,来实现赛车车架结构的改进和轻量化设计。利用CATIA软件平台建立某方程式赛车车架三维实体模型,运用CAE分析软件对其进行单元选取和网格划分,建立车架的有限元分析模型,通过对车架静态条件下弯曲工况、扭转工况的分析,找到车架弯曲强度和扭转刚度富裕部位,通过减少管件的使用数量、减薄相对应管材的壁厚、减小直径,达到车架结构优化和轻量化设计目标。     

大粒径沥青碎石基层沥青路面力学分析

采用大型有限元分析设计软件ANSYS分析大粒径沥青稳定碎石材料作为基层材料时,随着其弹性模量和厚度的变化,沥青路面的路表弯沉和路面结构各层层底的水平拉应力、剪应力的变化规律.用ANSYS对路面结构进行仿真模拟,是一种经济、可行的方法,为路面力学计算提供了有益的参考.     

基于Optistruct的电池包箱体优化设计

本文基于ANSYS Workbench平台对电池包箱体进行静、动态有限元分析,找到箱体结构的薄弱位置。 采用Optistruct软件,运用形貌优化和复合材料优化技术对箱体进行优化设计,得到了在箱体上盖设置的凸包结构的最优几何参数和平面布局,并构建了优化后上盖的三维模型,同时得到下箱体各层组的厚度分布情况及最优厚度。经验证,优化后箱体最大变形量较优化前降低了82%,刚度提升显著,最大等效应力降低了70%,箱体强度得到明显改善,其一阶固有频率为32.5Hz,可避免共振情况发生,优化后箱体重量减轻了67%。优化后电池包箱体对动力电池安全工作能起到更有效的防护作用,且轻量化效果显著,此研究为进一步分析实际电池包箱体结构奠定基础。     

基于拓扑和尺寸组合优化的ATV车身轻量化研究

针对车身结构在概念设计阶段出现的拓扑优化结果不连续,结构优化设计周期时间长等问题,基于optistruct优化软件,提出一种拓扑和尺寸组合优化模型.该模型可以同时进行尺寸优化和拓扑优化设计,得到车身蒙皮优化尺寸和最优的车身骨架加载路径,同时缩短了结构的概念设计阶段的设计周期.以ATV车身的结构优化设计为研究对象,对比优化前后的分析结果,在不降低结构性能的前提下优化后的结构减重105.5kg,验证了该方法的可行性.     

基于动态灵敏度的数控机床立柱优化设计

以结构动力学理论为基础,对数控机床立柱结构动态性能进行分析。首先建立立柱三维模型,使用ANSYS Workbench软件对立柱进行模态分析,得到立柱一阶模态频率。通过计算得到各设计参数对立柱动态性能的灵敏度值,选择其中灵敏度值大的设计参数为设计变量。以一阶模态频率为目标,使用响应面法进行优化设计。优化后数控机床立柱一阶频率提高1.657 Hz,最大位移与最大应力均满足设计要求,动态性能得到加强。