组合结构优化设计及其应用

介绍了在工程结构优化设计中占有重要地位并具有广阔应用前景的组合结构优化设计,评述了组合结构优化设计研究的国内外现状,给出了作者研制开发的组合结构优化集成软件I—SODS的总体结构。对组合结构优化算法作了介绍,并提出了结构优化实用化研究的4个重要方面。     

链条固定装置的结构设计

链条固定装置是锚杆钻机的重要装置,论文是针对现用结构的缺陷进行的改型设计。文章根据现用装置的破坏形式分析了其结构问题,提出了三种可供选择的结构形式,并分析了这些结构的优缺点,确定了后续设计的关键点。通过对这些备选结构进行结构比较和强度分析。最终选择了一种可以使用的结构形式。     

链条固定装置的结构设计

链条固定装置是锚杆钻机的重要装置,论文是针对现用结构的缺陷进行的改型设计。文章根据现用装置的破坏形式分析了其结构问题,提出了三种可供选择的结构形式,并分析了这些结构的优缺点,确定了后续设计的关键点。通过对这些备选结构进行结构比较和强度分析,最终选择了一种可以使用的结构形式。     

一种新型试验装置密封结构仿真研究

为了解决某试验装置内膛的密封问题,设计了一种组合增压式密封结构,利用ABAQUS有限元软件对密封结构的工作变形进行了仿真,找出了该结构的不足,并对其进行了改进。运用ABAQUS软件对改进的结构进行了有限元计算,计算了密封结构的接触应力。结果表明,改进后的结构可以较好地满足试验装置的密封要求,该结构的成功设计对新型火炮密封结构的工程化具有参考价值。     

运用拓扑优化的结构损伤定位

以结构共振频率和结构某点的反共振频率为基础,对拓扑优化中的渐进结构优化法应用于结构损伤定位的可行性进行了研究。基于结构共振频率和反共振频率的灵敏度分析,建立了损伤定位的数学模型,提出了利用渐进结构优化法进行损伤定位的策略。针对单一和多处损伤结构,分别给出了损伤定位的数值算例,对不同的损伤结构予以讨论,并准确识别出了损伤位置。结果表明,在已经测得结构损伤前后共振频率和反共振频率的基础上,渐进结构优化法能够在整个结构区域内寻找损伤点,有较好的搜寻效果。     

基于动态性能的坐标机桥框立柱结构优化设计

从坐标机桥框结构的动态性能出发,利用有限元软件ANSYS workbench对坐标机桥框结构进行动力学分析,同时考虑到了螺栓结合面与气浮轴承结合面的刚度,最大程度保证了分析的可靠性。从动力学分析结果得出立柱结构是影响桥框结构动态性能的关键部件的结论。利用Hyperworks软件对立柱结构进行拓扑优化确定初步设计结构,再对其进行尺寸参数优化确定了最终结构。通过与原始结构性能的对比,发现优化后的立柱结构总质量较原始结构减小了20.5%,一阶固有频率提高了60.79%,二阶固有频率提高了34.02%,优化结果比较理想。     

机械结构形态知识融合

针对机械结构形态三维模型重建时基本体形态特征孤立的问题,提出机械结构形态的知识融合算法。通过分析基于本体的机械结构形态知识转换关系,提出基本体转换模型知识、机械结构形态元知识、机械结构形态知识的表示方法。根据机械结构基本体形态的特点提出机械结构形态元知识融合的包容规则、叠加规则、关联规则及吸收规则,并根据机械结构基本体的运算关系分析融合规则的运用规律,提出机械结构形态知识融合算法,实现了机械结构基本体形态的有机整合。支架实例验证了机械结构形态知识表示方法及其知识融合算法的有效性。机械结构形态知识融合为机械结构形态建模提供了实践的方法,简化了机械结构三维模型的特征。     

探究起重机箱形梁结构形式的改进

起重机箱形梁结构在承受较大载荷时会产生下挠变形等现象,为改善箱形梁的结构刚性,本文分析了起重机箱形主梁的结构,对比了不同梁结构的特点,并以通用桥式起重机的箱型结构为例,进行了主梁参数选择和强度计算。进而分析了影响起重机箱形梁结构变形的相关因素,并提出了改进方法,设计了起重机箱形主梁腹板结构改进方案,为起重机箱形梁结构形式的改进提供理论依据和指导。     

一种新的大方管铝型材挤压模结构

介绍了传统大方管铝型材挤压模过早失效的原因。详细分析了传统大方管挤压模的结构特点。提出了一种新的模具结构,阐述了这种模具结构的组成要素,说明了有关主要结构参数的选择,描述了这种新的结构的优点。通过对新旧模具结构的使用结果对比,表明了这种新的模具结构是有效的,是具有明显优势的,能大大提高模具的寿命,是一种值得推广的模具结构。目的在于向同行推广这一技术和这种新的模具结构,为广大设计者提供可靠、有效的参考。     

垂直升船机承船厢吊耳结构有限元分析及优化设计

以沙沱升船机承船厢安全卷筒吊耳结构为例,基于Solid Works与ANSYS的分析平台对安全卷筒吊耳结构进行了有限元分析,得到了吊耳结构的主要变形趋势和应力分布特点。对吊耳结构进行了优化设计,并对优化设计后的吊耳结构进行了有限元分析。吊耳结构经过优化后,最大应力降低了26.7%,增强了吊耳结构的安全性能,可为同类其它项目作一定参考。     

特殊容器结构设计及其基于Ansys的有限元分析

压力容器结构的改进能带动产品进步,而结构的改进需要结合设计的优化和分析方法的进步。采用创新的思路设计了一种全新的灭菌器主体结构,并对其进行了结构分析,指出了一种主体结构的发展方向,结合Ansys软件说明了应对此类特殊结构容器的分析计算方法,并验证了其结构强度满足设计要求。     

基于赋权有向图的产品结构建模及其应用

产品结构信息是产品数据的核心。提出了用赋权有向图建立产品结构模型的方法，用点向量和邻接矩阵表达了该模型的存储结构，讨论了将图形模型转换为存储结构的算法。探讨了该模型及其算法的若干应用问题，包括从属关系判断、单套件数求解以及产品结构比较等。开发了基于该模型的产品结构管理系统，实现了基于产品结构的工艺设计及CAD／CAPP／MRPⅡ集成。     

一种重型越野车辆的多功能上车踏步结构设计

为了适应重型越野车辆的不同使用工况,设计了一种可调整踏步级数的多功能上车踏步结构。首先分析了常见的上车踏步结构类型,然后根据使用工况确定了该上车踏步的结构形式。针对该踏步的具体结构组成及调整方式进行了设计。最后通过结构静强度仿真分析,验证了该踏步结构的有效性。     

考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化研究

针对换热器封头的性能设计问题,对封头结构变量不确定性分析、Kriging近似模型构建、结构变量优化设计等方面进行了研究,提出了一种考虑分布参数不确定的换热器封头结构优化设计方法。基于对封头结构变量的不确定性来源的分析,建立了结构变量及其分布参数不确定性的表达函数;基于预测区间准则和遗传算法,构建了封头结构变量与流动不均匀度的自适应Kriging近似模型;建立了换热器封头结构优化设计函数,在Isight中实现了以流动不均匀度最低为目标的封头结构变量优化设计,获取了最佳封头结构尺寸。研究结果表明:优化后的封头结构的内部流动更均匀,降低了出口速度的不均匀度,提高了换热效率。     

基于ANSYS的元结构选型与优化

运用有限元理论和有限元分析软件ANSYS。针对传统的元结构选型方法中存在的备选元结构尺寸比例由经验确定、质量不统一等不足,提出了新的选型方法。建立备选元结构的参数化模型,并进行尺寸迭代优化。将优化元结构进行扩展,并分析扩展结构的动态特性。依据扩展结构动态性能的优劣来确定元结构的型式。对两种典型元结构的动态特性进行比较,验证了新方法的可行性。该方法使元结构的选型更准确,并完善了基于元结构的机床结构动态优化的过程,     

探析桁架式结构分析中节点模型的影响

起重机的桁架结构具有重量轻、结构简单、成本低等优点,被广泛应用于各种大型起重设备。本文首先考虑了结构刚度和金属材料的屈服极限,分析了桁架结构节点承载能力,而后讨论了节点结构的破坏形式,并对破坏形式的影响因素展开了进一步的分析,同时,以门式起重机的桁架结构为例,分析了桁架结构中点模型的受力情况,为起重机桁架式结构设计提供了理论基础。     

支撑结构多目标拓扑优化设计研究

以支撑结构为对象,研究了多工况下结构材料的最优布局和结构固有频率最大化的多目标优化问题。在基于变密度连续体结构拓扑优化方法的基础上,采用折中规划法研究多工况下多目标优化函数问题,建立了支撑结构的拓扑优化模型,利用分析层级法确定了各子目标的权重,进行了多目标拓扑优化,得到了材料的优化布局方案,减轻了结构质量,提高了结构固有频率。研究表明拓扑优化方法适用于板壳类结构的优化设计。     

钹型换能器结构演化

介绍了钹型换能器结构的起源,各种结构钹型换能器的结构特点、性能及2种衍生的钹型换能器结构,最后提出一种新颖结构的可调谐振频率钹型换能器的设计,分析了该新结构的钹型换能器调节谐振频率方法的优点。对钹型换能器结构作了总体回顾,可为新颖结构钹型换能器的设计提供参考。     

基于层状周期性结构的声波调控技术研究

根据工程实际对声波隔离的需求提出一种特殊的一维层状周期性结构——全反射结构。建立一维层状周期性结构的理论模型和声波传播过程的全弹性有限单元模型,采用传递矩阵法研究了结构的声学特性,包括频带结构和传播特性,分析了层状周期性结构对声波传播的影响。根据设计要求,建立一维层状周期性全反射结构的数学模型,根据优化目标、设计变量和约束条件,确定了基于遗传算法的结构设计方法,并给出了详细的设计方法和设计流程。以两相多层结构为例,应用所提出的方法设计了钢/铝两相五层结构,并搭建了超声试验平台,测试了钢五层结构、铝五层结构和钢/铝两相五层结构的超声波透射系数,通过对比试验法验证了钢/铝两相五层结构对900~1 200 kHz超声波的反射能力。     

基于4D打印技术的水陆两栖机器人运动功能转换及控制

传统水陆两栖机器人的推进结构通常是将陆上推进结构与水上推进结构进行叠加,导致了现有水陆两栖机器人的机械结构较为复杂,增大了控制的难度。基于4D打印技术设计并制备了一种由轮毂和具有热变形响应性质桨叶结构单元组成的轮桨复合推进结构。该结构可通过热刺激变形响应实现水陆运动功能转换,有效地降低了水陆两栖机器人推进结构的复杂度。此外,还分析了几何参数和输入功率对桨叶结构变形响应速率的影响,实现了桨叶结构的可控变形,从而降低了水陆两栖机器人运动控制的难度。原型机试验结果表明,利用4D打印技术制备的水陆两栖机器人在降低了结构复杂度与控制难度的同时,可以实现水陆运动功能转换及控制。