高比表面积周期性多孔结构拓扑优化

为了实现具有较高比表面积的多孔结构拓扑优化,引入局部体积约束对设计域内的材料分布进行限制,基于改进固体各向同性惩罚模型的变密度法,构造多孔结构周期性约束条件,以结构刚度最大化为优化目标,建立周期性多孔结构拓扑优化数学模型,采用移动渐近线法求解,得到高比表面积二维周期性多孔结构.通过测量优化后多孔结构单胞的表面积,并与无...     

基于Workbench的重型电动数控螺旋压力机机身轻量化设计

针对当前压力机机身笨重与材料浪费的问题,以EP-12500重型电动数控螺旋压力机机身为研究对象,探索压力机机身结构的轻量化设计方法。首先,基于Workbench对压力机机身进行有限元分析,得到机身应力值远小于材料屈服强度的非承载区域;然后,采用拓扑优化模块对机身非承载区域进行拓扑优化;最后,以质量最小化为目标,确定机身结构材料去除区域的具体位置,实现对机身结构的轻量化设计。优化结果表明：优化后压力机机身的体积与质量均减小了9.65%,实现了机身轻量化,减少了制造成本;机身预紧工况下最大变形量增加了0.17 mm,打击工况下最大变形量增加不足0.01 mm,与原机身变形基本一致;机身预紧工况下垂直刚度为8.21 MN·mm^-1,打击工况下垂直刚度为13.08 MN·mm^-1,均满足使用要求;机身预紧工况下最大等效应力降低了2.51%,打击工况下最大等效应力降低了18.3%,降低了底座承受的冲击力,提高了底座的使用寿命。     

岩心钻机结构的轻量化优化和光测法强度分析

采用拓扑优化结合目标驱动优化的方法对岩心钻机底座及给进机身进行了轻量化设计,使底座和给进机身质量分别降低了15. 44%、26. 18%,且应力分布更加均匀,材料利用率大幅提高。并采用数字散斑相关法对给进机身动态应变进行了测量,验证其强度满足设计要求,同时获得机身的振动频率为13 Hz,为整机动态设计提供了参考。     

直吹管浇注料振动成型夹具的结构优化设计

针对直吹管浇注料振动成型夹具质量过大和动态特性差等问题,建立夹具优化数学模型,采用拓扑优化对夹具结构材料分布进行寻优,并在拓扑优化基础上以灵敏度分析筛选相关性较大的尺寸作为优化变量,基于Kriging法建立响应面模型,采用多目标遗传算法对振动夹具进行尺寸优化,两次优化后的夹具质量共减小了12.7%,1阶固有频率共提高了2.8%。对优化后夹具结构进行扫频振动响应仿真分析,验证了夹具优化设计的有效性及合理性,有效解决了直吹管浇注料振动成型夹具设计中容易出现的试验共振和夹具质量过大等问题。     

基于等刚度原理的材料轻量化

对不同材料薄板结构件的等刚度进行分析,建立不同材料替换的近似关系。将近似模型引入到材料替代后的优化分析,并结合试验设计、响应面法建立近似模型;利用NSGA-II遗传算法对近似模型优化,提出了近似等刚度的材料替代轻量化方法。对某车型的轻量化算例结果表明,运用等刚度近似方法,对车门进行铝合金替代普通钢,车门结构刚度变化不大;应用近似模型的优化方法,对铝合金的车门进行多目标的优化分析。经试验验证,车门的质量减轻了24%,车门的轻量化效果显著。     

VHT800立式车铣加工中心立柱结构静动态优化及轻量化设计

研究了VHT800立式车铣加工中心立柱结构的静动态优化及轻量化设计方法,解决了企业经验设计结构存在的静、动态性能不足以及结构过于笨重的问题.首先基于机床实际典型工况下的立柱载荷及边界条件,运用拓扑优化技术建立了体积约束下的立柱结构多工况静态性能和动态性能多目标拓扑优化概念模型;然后对概念模型进行结构刚度设计及工艺设计.最终为企业提供了新的立柱结构方案,该方案的结构刚度和一阶固有频率比经验设计结构分别提高了13.6%和17.1%,同时质量减轻了9.7%,表明该设计方法能够有效提高机床立柱结构静、动态性能并实现结构轻量化设计.     

双主轴铣削加工中心立柱的静动特性分析及多目标优化

针对采用传统方法设计的立柱静、动刚度存在薄弱和不足的问题,通过建立立柱受力模型,对立柱进行静力分析、模态分析以及谐响应分析,确定立柱静动刚度薄弱的部位和方向;根据分析结果,选取8个结构尺寸为设计变量,以总变形量、前3阶频率加权平均值和质量为优化目标,建立多目标优化数学模型,通过多目标遗传算法和灵敏度分析得到优化结果。结果表明:立柱总变形量减小了5.5%,质量减少了1.2%,前3阶频率加权平均值增加了2.17%,X、Y方向峰值响应分别减小了75.5%、75.44%,达到了优化的目的。     

基于耐撞性能的保险杠轻量化研究

汽车保险杠结构的耐撞性与轻量化之间的矛盾是设计保险杠结构主要考虑的问题。针对某型轿车保险杠系统,通过对原钢制保险杠进行有限元仿真分析,发现该钢制保险杠的性能达不到该车型低速碰撞的要求。因此,为了实现耐撞性和轻量化的目标,将6061铝合金应用到该保险杠系统中,并将碰撞力和质量作为约束条件建立最大吸能的优化模型,以保险杠外侧板厚度、中间板厚度、内侧板厚度以及吸能盒上下板壁厚作为设计变量进行最优拉丁超立方设计,利用LS-DYNA有限元分析软件得到不同变量情况下的信息,采用二阶响应面法拟合出近似函数,结合响应面模型和具有模拟退火过程的ASA算法对5个板件厚度进行优化,在整车碰撞中比较优化后的保险杠和原钢制保险杠,结果证明该设计方案是切实可行的。     

棉桶更换机器人前臂有限元分析及拓扑优化

由于复合机器人受AGV承载、锂电电源功耗与自重设计限制,4轴机器人设计轻量化是其关键。前臂是棉桶更换复合机器人关键部件之一,文章以此为研究对象,在考虑满足设计强度、刚度的条件下,以前臂结构轻量化为首要设计考虑因素,建立前臂实体三位模型,利用有限元分析软件ANSYS对前臂做静力学分析,获得危险工况下的应力和位移变化特性;采用Opti Struct软件对前臂进行拓扑优化,依据拓扑优化结果完成前臂结构的改进设计,并对优化后的模型做静力学分析。研究结果表明,优化后的设计方案最大应力、位移均有所减小;在满足强度、刚度设计要求的情况下,前臂重量减少18.4%,较好地实现了前臂轻量化目标,为课题后续产品研制提供了技术支持,也为同类技术产品设计提供了借鉴。     

基于机床整机有限元分析的横梁的轻量化设计

针对传统机床横梁设计中存在材料利用效率低、刚度不足和设计周期较长的问题,以某型号龙门加工中心横梁结构为研究对象,基于拓扑优化和筋板形式选择对横梁进行轻量化设计。首先对加工中心整机进行静力学分析、模态分析和谐响应分析,分析结果表明横梁为影响加工中心性能的关键零部件。然后以横梁为优化目标,对横梁进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了横梁的最优基本结构形式,通过对比选择静、动态性能较好的‘X’类型筋板进行布局,得到了最终的横梁优化结构。最后对优化的横梁结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在横梁质量减轻2.1%的同时,优化后的整机的静刚度和前6阶固有频率均得到了不同程度的提高。