基于模态刚度和强度的岸桥金属结构轻量化研究

提出了基于模态、刚度和强度的岸桥金属结构轻量化设计方法,该方法在保证第一阶整体模态频率不降低、大梁最大变形不增大以及结构最大应力不超过允许范围内的条件下,以HyperStudy和ABAQus为工具,应用自适应响应面优化方法,进行尺寸优化设计,实现岸桥金属结构轻量化设计.该方法成功应用于某新型岸桥金属结构轻量化设计,最终在模态和刚度基本不变、结构最大应力仍在弹性范围内的情况下,减重14.2吨.     

大型岸桥结构的轻量化技术研究及应用

大型岸边集装箱桥式起重机(简称岸桥)是重要的港口机械,钢材用量是影响岸桥成本的主要因素,因此,轻量化是岸桥设计制造的关键技术。首先建立岸桥的参数化动力学模型,分析岸桥的载荷特性,并进行有限元强度分析;在此基础上参数化提取金属结构中危险单元的应力和危险节点的变形,以强度、刚度和第一阶整体模态频率为约束条件,对岸桥金属结构进行轻量化设计,在满足设计要求的情况下得到岸桥的轻量化设计方案。优化结果表明,所提方法可以在不降低岸桥强度和刚度性能的条件下,岸桥钢结构重量减少5.75%,质量和应力分布更加均匀、合理,显著改善了经济性,同时计算得到的大梁的疲劳寿命也满足设计要求。     

岸桥斜撑的抗震拓扑优化

斜撑的布置方式对岸桥的抗震能力影响很大,为此提出一种基于拓扑优化的岸桥斜撑设计方法。将岸桥的上部门框和下部门框定义为斜撑拓扑优化的设计域。根据岸桥结构的特点定义岸桥的抗震性能要求,以斜撑的塑性变形、主体结构的弹性变形为约束,建立岸桥斜撑抗震拓扑优化的数学模型。为提高斜撑的抗压承载能力和耗能能力,将屈曲约束支撑应用到岸桥斜撑的设计中。采用非线性优化求解器对所提出的数学模型进行求解。将优化后的岸桥结构在OpenSees中建模,分析岸桥在地震作用下的弹塑性变形情况。结果表明:基于屈曲约束支撑的岸桥斜撑拓扑优化方法,可得到符合岸桥抗震性能要求的斜撑布置方案。     

汽车驱动桥壳有限元分析与轻量化设计

以某重型卡车后驱动桥壳为例,基于Solid Works建立了桥壳的三维参数化模型,运用Workbench对其进行了静力强度、振动模态和疲劳寿命的有限元分析,得出桥壳的应力分布、前5阶固有频率和振型以及疲劳寿命图。有限元分析结果表明:桥壳在刚度和强度上存在较大的裕度。在此基础上,采用目标驱动优化方法,建立了以桥壳质量最小为设计目标,以强度和变形量为约束条件的优化模型,进行了轻量化设计。优化结果显示:桥壳质量减轻了18.03kg,减轻约7.6%,轻量化效果明显。最后对轻量化后的桥壳进行了振动模态、疲劳寿命的有限元验证,以及桥壳的台架试验验证,验证结果共同表明桥壳的轻量化设计是可行的。     

考虑岸桥维护的集装箱码头泊位与岸桥集成调度

针对集装箱码头泊位与岸桥2类资源分配的问题,以泊位和岸桥数量能够随时间动态变化为前提,重点考虑岸桥维护操作对该类资源配置问题的影响,提出了以最小化船舶总在港时间为目标的联合优化方法,建立了重点考虑岸桥维护的泊位与岸桥集成调度的数学模型,对泊位分配、岸桥调度和岸桥维护计划这3个相互关联的问题进行决策与分析。设计粒子群优化算法对模型进行求解,并与CPLEX优化软件求解得到的结果进行对比,以证明该算法的优越性和有效性。     

冲焊桥壳的轻量化设计

通过对某冲焊桥壳的有限元模型进行参数化,经过优化分析,使得桥壳在满足垂直弯曲刚度、垂直弯曲强度和垂直弯曲疲劳寿命的条件下,实现了冲焊桥壳的轻量化设计.优化后的不等厚桥壳结构改变了国内传统的设计方案,为以后的冲焊桥壳设计提供了新的设计思路.     

重卡驱动桥的轻量化设计及应用研究

为了优化重卡驱动桥结构性能，实现整桥轻量化市场供应目标，以CAE/CAM技术为支撑平台展开相应研究。运用体系化布局思维，科学搭建数学模型，经CAE仿真分析与CAM协同生产，形成完整的轻量化设计车桥，并进行了样机试验。结果表明，轻量化设计后的整桥在满足噪声限值、B10寿命等关键性能参数的前提下，其质量相对减轻12.7%，传动效率达95%以上。该设计方法可为重卡其他零部件改进提供参考思路，尤其在轻量化研究领域，具有较强的应用推广前景。     

本刊2019年第4期要目预告

<正>连续体重建模型应力集中消除的方法基于响应面法的龙门混凝土浇灌机优化设计轻量化中基于应力驱动的单元网格构型匹配研究余弦光-液耦合喷嘴参数优化及射流抛光实验基于优化灰色-马尔可夫链的销量预测考虑岸桥维护的集装箱码头泊位与岸桥集成调度基于改进鸟群算法的双资源约束离散智能车     

基于有限元理论载重车驱动桥壳轻量化及可靠性分析

针对载重汽车制造成本高以及行驶过程中油耗大等问题,根据有限元理论,对载重车驱动后桥桥壳进行轻量化设计,并将轻量化计算结果导入有限元分析软件,研究桥壳优化前后在最大载荷不平路面行驶工况下应力变形、安全系数变化情况。研究结果表明:桥壳厚度在尺寸优化后,轮边部位、板簧座到桥芯过渡区域及桥芯区域桥壳厚度整体呈现下降趋势,轮边到板簧过渡区域桥壳厚度基本保持不变;桥壳厚度在尺寸优化后,体积由初始值0.043m3,下降至0.034 3m3;尺寸优化后桥壳应力变形、安全系数均与优化前差异较小,表明轻量化桥壳满足使用要求。     

基于iSight平台的港口起重机结构分层动态优化研究

起重机的结构优化是典型的复杂动态多目标优化问题,目前主要依赖设计人员的经验和有限元软件优化模块进行计算,往往存在效率较低、优化算法不够优良、优化结果不尽人意等不足。提出基于ISight平台的大型港口起重机结构多目标分层优化方法,整体层以整机结构性能优化为主要目标,局部层以结构轻量化为主,并以岸边集装箱式起重机(岸桥)为例进行验证。结果表明,该方法能够方便引入先进优化算法,并可实现优化过程自动化及优化变量的离散化。     

基于改进双向渐进结构法的岸桥门框结构拓扑优化

针对拓扑优化过程中存在的数值不稳定问题、优化后的结构呈现病态不利于转化为工程上可以实施的问题,文中采用基于统一排序的单元增删方法,提出了一种在双渐进结构法中改进增删单元最大增加率和单元最大删除率的策略,通过限制拓扑优化过程中相邻的两个迭代步结构相差过大,确保迭代过程中变化平稳。对岸桥的门框结构进行验证,结合岸桥的特点,进行合理的模型简化,建立了岸桥的有限元模型。选择小车在大梁上的4个典型位置作为计算工况,对岸桥进行不同工况下拓扑优化,并对优化结果重构,为岸桥的设计提供了启示。     

架桥车模块化桥节强度分析与拓扑优化

以某型架桥车模块化桥节为研究对象,分别建立模块化桥节单节成桥和双节成桥的有限元计算模型,分析实际使用工况,选取两种代表车型确定加载工况,对桥节结构进行静力分析,得到各工况下应力和位移情况,验证模块化桥节满足承载要求.以桥节结构应变能最小(即结构刚度最大)为优化目标,在保证桥节满足强度要求的约束条件下对模块化桥节进行拓扑优化.结果 表明,在最大应力只增大1.42％的情况下,使桥节减重12.5％,实现模块化桥节的轻量化设计,为模块化桥节结构进一步优化设计提供依据.     

基于拓扑优化的适配器支撑架轻量化设计

以某支撑架为研究对象,采用有限元分析结合拓扑优化的方法,在Workbench平台上对支撑架进行结构轻量化设计。首先,利用UG软件建立支撑架初始结构的力学模型并基于Workbench软件进行静力学分析;在此基础上,进行拓扑优化,优化目标是在满足支撑架刚度和强度的前提下,对其进行轻量化设计;根据优化后的结果结合经验设计方法,对原始支撑架进行了重构设计并进行有限元分析验证。结果表明:改进后的支撑架结构,质量减小了82.37%,实现了轻量化设计。     

基于尺寸和自由形状联合优化技术的叉车货架轻量化设计

降低车辆碳排放是实现碳达峰和碳中和的重要任务,轻量化设计是实现这一目标的关键技术手段。为了减少典型工程机械叉车的CO₂排放量,原创性地将尺寸优化和自由形状优化技术进行融合,提出一种面向高维设计空间的叉车货架轻量化设计。建立叉车货架有限元仿真模型,通过静力学分析得到应力和位移数值,并将其作为联合优化过程中应力和位移约束条件的设置基准;采用基于试验设计的灵敏度分析方法,研究叉车货架质量、位移和应力等试验指标对各设计变量变化的影响;结合所提出的联合优化模型与灵敏度分析,构建设计变量的高维设计空间,综合应力和位移约束,进行叉车货架轻量化设计。优化结果表明,与常用的逐步优化技术相比,尺寸和自由形状联合优化技术具有更大的优化求解空间,同时可以以更小的刚度和强度性能损失,实现更优的轻量化效果。     

基于形貌优化的列车空调箱体轻量化分析

随着轨道列车速度的提升,对其轻量化的设计也提出了要求。空调箱体作为轨道列车空调机组的重要组成部分,是影响列车安全运行的重要因素之一。为了满足列车轻量化设计的要求,本文在满足强度要求的基础上对空调箱体进行轻量化设计。首先利用Ansys对空调箱体进行静强度分析,并根据空调箱体质量分布的特点,对箱体的压缩机底板和盖板在OptiStruct中进行形貌优化,对箱体侧板厚度进行尺寸优化,最后对优化后的模型进行疲劳强度校核。研究结果表明论文所提出的优化方案在满足疲劳强度要求的情况下质量降低了5.39%,实现了空调箱体轻量化的设计要求。论文的研究为列车空调箱体的结构优化设计提供参考,具有一定的实际应用价值。     

某型商用车驱动桥壳可靠性优化设计

某汽车有限公司某款商用车使用的驱动桥壳在满足强度、刚度以及安全性的情况下,进行可靠性优化计算的研究。在桥壳受载情况最严重的钢板弹簧底座附近选取、确定了目标函数和设计变量,并在四种约束条件下建立了完整的可靠性优化的数学模型,随后使用Matlab优化工具箱进行了优化。此优化计算可为企业对桥壳进行轻量化且保证可靠性的优化设计提供借鉴。     

基于OptiStruct的驱动桥壳轻量化设计

驱动桥壳作为汽车的重要承载部件,必须满足刚度和强度的要求,传统的设计理念为了保证性能需求,一般采用冗余设计。通过CAD/CAE的一体化建模技术,采用三维数学模型与有限元模型之间的联合设计,基于OptiStruct的尺寸优化算法实现驱动桥壳的轻量化设计。利用CATIA创建驱动桥壳三维数学模型,导入HYPERMESH力学、动力学分析、疲劳分析验证驱动桥壳满足使用标准,再在OptiStruct求解器做优化分析,经过多次迭代计算,得到分析结果。优化后的桥壳成质量为152. 042 kg,减少了50. 075 kg,减重达到24. 78%,然后对优化后驱动桥壳进行分析,最后对试制的优化后桥壳进行疲劳台架试验,分析和试验结果表明,优化后桥壳满足试验标准,对同类型的轻量化设计有一定的参考价值。     

考虑潮汐影响的连续泊位和岸桥集成调度

针对大型船需乘潮进出港的连续泊位,为提高集装箱码头运作效率和客户满意度,将泊位分配、岸桥分配和岸桥调度集成为一体。以计划期内所有抵港船舶的泊位偏移成本、岸桥移动成本与滞期成本之和最少为目标,侧重大船需乘潮进出港和岸桥作业时不可跨越和保持安全距离等现实约束,构建泊位分配—岸桥分配主模型、岸桥调度子模型,并设计了三阶段的混合遗传算法用于求解。算例结果给出了每艘船舶的靠泊泊位和占用时刻,以及每个岸桥的动态作业时间窗,并通过与单独优化的方案对比,验证了集成方案的有效性。     

自动化码头双小车岸桥-AGV协同调度研究

为缩短船舶停港时间、降低运营成本,以及提高AGV重载率,自动化码头采用双小车岸桥与AGV协同的方式对集装箱进行协调装卸搬运。在考虑双小车岸桥中转平台的情况下,对后小车作业进行时间窗约束,建立以AGV空载行驶成本、AGV总行驶成本以及岸桥作业延误成本加权和最小为目标的AGV调度问题混合整数规划模型。通过CPLEX Optimization Studio进行数值试验,从4个方面对模型进行分析,验证了双小车岸桥对于AGV调度优化的优越性,并找出存在缓存区时AGV的数量配置和分派调度优化方案。     

电动公交车车架轻量化优化设计及评价

根据电动公交车车架的结构,采取拓扑优化方法和车架轻量化系数评价方法相结合的方案,对电动公交车车架进行减重优化设计。以某型电动公交车车架为研究参考样本,建立车架模型。在ANSYS中对设计的电动公交车车架进行有限元分析,并在满足材料基本性能的前提下采用变密度法对车架有限元模型进行拓扑优化。最后利用车架轻量化系数评价方法对优化前、后的车架进行轻量化评价。结果表明,轻量化系数由优化前的0.104降低为优化后的0.0058,较好地实现了电动公交车车架轻量化设计目标。