基于Ansys Workbench的一种新型铁路起重机转台轻量化探析

以有限元分析软件Ansys Workbench协同仿真平台为工具,对传统的转台结构进行拓扑优化,在拓扑优化结果的基础上提出了一种新型的转台结构,并保守地赋予了板厚。利用Workbench中DM、Mechanical以及DX 3大模块之间的无缝连接,完成了新型转台结构的参数化建模、结构分析和基于神经网络响应面法的优化设计,轻量化效果显著,为相关设计提供了参考。     

波轮式洗衣机脱水桶的结构分析与多目标优化设计

为了抑制波轮式洗衣机脱水桶(简称内桶)洗涤振动噪声,优化内桶结构及其性能,先用Solidworks软件建立内筒参数化有限元模型,导入Ansys Workbench软件,进行有限元分析后,获得影响内桶性能的主要尺寸参数,由此确定其结构优化设计的自变量;然后,将试验设计法和响应曲面法结合起来,在提高强度和刚度的条件下,同时以质量最轻为优化目标,通过Ansys Workbench中的试验设计法确定试验点,构建内桶的响应面模型,用拟合优度来评价响应面模型对试验设计数据的拟合程度,评估优化参数,获得最优尺寸方案;最后,利用优化后的尺寸对内桶重新建模,完成有限元动态分析。分析结果表明,优化后的结构在提高强度和刚度的同时,减轻了5%内桶质量,提高了其动态性能,为实际产品的结构优化设计提供了理论依据。     

响应面模型与混合优化算法相结合的锯片参数优化设计

针对传统算法在锯片声学特征优化中的局限性,提出了一种将二阶响应面模型与混合算法相结合的优化设计方法。在设计区域内应用D-optimal试验设计法抽取样本点,分别通过显式算法获取锯片声学、应力响应以及隐式算法获取锯片变形量,并用试验验证了数值模型的准确性,然后建立了由6个变量参数所决定的锯片的声学、应力以及刚度的二阶响应面模型;利用自适应模拟退火法和蛙跳混合算法对响应面模型进行循环逼近,获得了设计变量影响度以及最优结果。结果表明,在保证刚度和应力许可条件下,通过有限次数值分析,经全局优化后的最佳结构可降低空载噪声4~7dB。数字算例表明,该方法适用于旋转类刀具的声学性能优化设计。     

轻量化起升机构的两支点减速器支撑多目标优化设计

轻量化起升机构采用两支点支撑方式,仅依靠箱体两侧的支撑件支撑在小车架上,影响了减速器的整体力学性能,故对减速器进行力学特性分析及其优化设计。运用基础力学对轻量化起升机构中减速器进行分析计算,确定了影响减速器力学性能的主要因素。采用Ansys Workbench建立了轻量化起升机构的参数化有限元模型,以减速器两侧支撑件位置的相关参数为设计变量,结合响应面优化设计和多目标优化设计方法,求出减速器支撑位置的优化方案。此外,在优化方案的基础上对轻量化起升机构作进一步优化,最终得到两支点支撑减速器的最优支撑位置。优化结果表明,与原结构相比,减速器的最大变形量降低了16.3%,最大应力值降低了23.8%,显著提高了整体的静动态性能。     

基于响应面法的微操作平台多目标优化

为了提高微操作平台的操作空间和动态性能,基于响应面法对一种新型微操作平台进行了多目标优化设计。采用中心组合设计方法选取仿真试验点,根据试验点建立平台的参数化几何模型,应用软件ANSYS对平台进行静力学和模态分析得到其固有频率、位移放大倍数和最大应力的响应值。根据所得的仿真试验数据,采用最小二乘法和显著性检验建立反映平台性能指标的二阶多项式响应面模型。最后,计算了反映响应面拟合度的评价指标,验证了所建响应面模型的精确性。以微操作平台的放大倍数和固有频率为优化目标,强度为约束,建立了平台的多目标优化模型,采用多目标遗传算法对平台进行优化得到Pareto解集。从Pareto解集可知,固有频率与放大倍数之间是相互冲突的,故需权衡固有频率和放大倍数从Pareto解集选取最优解。比较优化前后平台的各性能指标可知,平台的固有频率增大了35.58%,放大倍数增大了2.33%,最大应力减小了38.97%,证明了提出的优化方法的有效性。     

基于尺寸优化的电铲斗杆轻量化设计

斗杆是电铲工作装置的重要组成部分，降低斗杆的质量对提高电铲的运行性能具有重要意义。为了减轻斗杆的质量，提出Ansys Workbench响应面分析法对电铲斗杆优化设计。为了达到电铲斗杆轻量化，运用UG对电铲斗杆进行建模，以斗杆最小的质量为设计目标，对斗杆进行静力学分析并采用多目标优化方法得到电铲斗杆有限元模型的最优设计方案。在保证斗杆应力和形变的条件下，最终优化后的斗杆质量减轻了4.13%。同时，对尺寸优化前后的斗杆模型静力学结果进行了比较，结果满足电铲斗杆的设计要求。     

基于响应面模型与遗传算法的工具磨床立柱多目标优化设计

以某型号工具磨床立柱为研究对象,应用SolidWorks建立立柱的三维模型,然后利用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静态特性分析,并根据分析结果对立柱进行多目标优化设计。优化时,首先确定设计变量,利用正交试验进行灵敏度分析,判断灵敏度较大的设计变量作为后续优化设计的自变量;然后通过二阶响应面法建立数学模型,采用理想点法构造评价函数;最后利用遗传算法进行优化求解。分析结果表明:改进后立柱最大变形量减少8.6%,最大等效应力减小5.1%,静态性能得到提高,达到了优化目的,同时可为其他类型工具磨床立柱优化设计提供理论依据。     

履带车辆承载关重件耐久性疲劳预测与结构优化

为更加合理地利用耐久性和设计寿命,实现机械构件的多方面优化,从履带车辆承载关重件-扭力轴的实际出发,运用Solid Works软件进行扭力轴的参数化建模,通过数据接口将模型无缝传输到Ansys Workbench软件中,以该软件为平台对参数化模型进行瞬态应力分析与耐久性疲劳分析,运用Design Exploration模块对扭力轴进行多目标驱动优化设计,将优化后的结构重新在Ansys Workbench中进行分析和验证,结果表明:优化模型满足扭力轴使用耐久性寿命,自身重量下降9.9%,验证了优化的合理性。     

考虑不确定性的柔顺机构柔度6σ稳健优化设计

针对柔顺机构传统确定性优化设计未充分考虑设计变量的随机波动而导致其功能稳定性较差的难题,提出了结合试验设计、响应曲面法、DFSS(Design for Six Sigma)理念的稳健优化设计新方法。首先在分析柔顺机构稳健特点与随机波动现象的基础上,依据工况对设计变量进行科学选择,采用中心组合试验设计方法选取试验组合;然后通过构建的有限元模型进行数值模拟,得到试验设计各组合的响应值,从而建立柔度响应面模型来进行稳健优化;最后以柔顺板为对象进行了6σ稳健优化设计实例分析。通过与传统确定性优化设计进行对比,表明该新方法不仅增强了柔顺板柔度稳健性而且提高了优化求解效率,为增强柔顺机构在高尖端领域的抗干扰能力提供了一种新的设计思路。     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

螺栓—法兰连接结构的多目标优化设计研究

螺栓—法兰连接结构是工程中一种重要的连接方式,强度和质量是其主要性能指标。将有限元法与最优化方法结合起来,可以很好地实现螺栓—法兰连接结构的多目标优化设计。文中基于响应面法确定法兰结构的几何参数组合,利用有限元分析软件Ansys对不同参数组合情况下的法兰结构进行应力场分析,获得响应面模型,然后通过MAT-LAB多目标优化设计方法,计算得到法兰结构的最优几何参数。数值计算结果表明,优化几何参数后的螺栓—法兰结构比原结构最大等效应力下降13.6%,质量下降12.5%。     

可拓理论在AGV产品优化设计中的研究

在研究AGV产品设计的过程中,提出了 一种以造型和性能同时作为优化目标的优化设计模型.造型设计方案的提出是基于可拓理论建立物元模型并进行可拓变换而提出的多个可行性的造型,通过优度评价的方法筛选评测出符合产品定位的最佳造型设计方案;结构性能设计是利用Ansys Workbench中基于最佳填充空间设计法(OSF)与多目标遗传算法(MOGA)相结合的方式对响应面进行优化,将满足结构性能要求及轻量化为优化目标进行优化求解,优化后质量减轻21.76％.经过验证本方法切实可行,可以为设计AGV产品及其他具有相似设计要求的产品提供设计模型参考.     

水下机器人耐压壳体结构优化

基于响应面法对水下机器人耐压壳体结构优化,以耐压壳体结构5个尺寸为优化变量,借助ANSYS求解结构应力响应数值,利用组合试验缩小优化变量范围后进行响应面试验设计,优化约束条件为耐压壳体强度和稳定性满足要求,目标函数为壳体质量最小,利用Design-Expert试验设计软件进行响应面优化求解,将结果与利用1st Opt数值计算软件得到优化数值对比,最终优化结果为耐压壳体质量降低15.52%,且壳体满足强度和稳定性要求,达到优化目的。     

基于响应面法的反铲液压挖掘机工作装置多目标优化设计

为提高反铲液压挖掘机工作装置的综合性能,综合考虑理论挖掘力、静态强度、动态性能的基础上对反铲液压挖掘机工作装置进行了多目标优化设计。在Ansys Workbench中对工作装置进行了强度分析和模态分析。使用最优拉丁超立方试验设计和响应面法建立了动臂强度、斗杆强度、工作装置质量、1阶模态、2阶模态的近似模型,提高了优化效率。使用NSGA-Ⅱ算法对工作装置进行了多目标优化设计,获得了Pareto解集。优化结果表明在满足约束的情况下工作装置质量下降、动态性能提高、理论挖掘力增大,提高了工作装置的综合性能。     

基于响应面分析的前大梁优化设计

文中以卸船机前大梁为研究对象,利用Ansys Workbench创建前大梁的参数化有限元模型,对前大梁进行静力学分析,得出前大梁最不利工况下的应力云图及变形状态,判断最不利工况下的危险截面位置。运用Workbench中的Design Exploration模块对前大梁参数化模型进行优化分析,以主梁截面主要尺寸为输入参数,最大应力及最大位移为输出参数,根据F.E.M1.001—1998《欧洲起重机设计规范》设置评判准则：即满足强度和刚度要求的情况下,前大梁总重最小。通过响应面分析,判断对输出参数影响较大的变量。以响应面分析结果为基础,采用MOGA优化方法进行优化设计,获得3个候选设计点。对3个候选点的设计方案分别进行有限元静力分析,并与初始设计方案对比,在满足约束条件的情况下,最优设计点的前大梁自重与初始设置相比下降了15.5%。     

振动式分选机的设计与响应面优化

针对废铅酸蓄电池再利用的预处理过程,提出具有实际意义的振动式分选机的优化设计方法。首先,计算相关参数获得初始模型,借助ANSYS Workbench进行有限元分析,使其初步符合设计要求。其次,以减小质量、提高强度和提高第三阶固有频率为优化目标,选取关键尺寸参数为设计变量,通过中心复合试验设计方法选取合适的有限元分析样本点,利用最小二乘法拟合含交叉项的二次多项式,获得目标与变量的近似响应面数学模式,再运用遗传算法进行优化获得全局最优解。最后,对比有限元计算值与响应面计算值验证响应面法可行性。结果表明:减少质量5.9%,降低最大等效应力46.9%,提高第三阶固有频率30.1%,降低了优化计算量。     

面向轻量化的重型卡车板簧压板优化设计

根据企业对板簧压板进行更换原材料QT500-10为ZG650-830的要求,为降低成本,需对其进行轻量化设计。采用Ansys Workbench建立了板簧压板的参数化有限元模型,以其内腔相关参数为设计变量,通过实验设计生成设计参数样本空间,经有限元求解得到样本点的响应面,同时通过对设计变量的灵敏度分析,确定结构参数优化方向。采用乘除法给出多目标优化的数学模型,利用Workbench进行尺寸优化设计,得到板簧压板的一次轻量化模型;然后对一次轻量化模型进一步进行拓扑优化,得到其最终轻量化模型。研究表明,轻量化后的板簧压板满足强度与刚度要求,结构安全性能提高,与原结构相比减重比达26.78%。     

马铃薯挖掘机悬挂架的静力学分析与优化设计

针对马铃薯挖掘机试验过程中悬挂架的变形,利用三维建模软件Pro/E对机具悬挂架进行参数化建模,利用ANSYS Workbench有限元分析软件获得悬挂装置的应力与变形大小.将悬挂架的结构尺寸作为设计变量进行响应面优化,通过试验设计(DOE)的方法确定17组设计方案,根据Kriging算法建立优化目标与设计变量之间的响应面,采用多目标遗传算法进行优化,得到最优的设计方案.通过优化设计前后的对比分析表明:悬挂连接板的厚度对变形的影响较大,增加悬挂连接板厚度的50%,能够有效减小变形;悬挂连接板的长度对变形影响较小;对优化后的方案进行有限元分析直观地反映了此优化方案满足设计、使用要求.该分析优化方法对机具可靠性的分析设计提供了指导,同时为后续的设计工作奠定了基础.     

基于响应面分析法的货叉关键尺寸参数优化设计

叉车货叉作为物流设备的重要组成部件,受载情况复杂多变,易产生高应力区域,甚至导致疲劳破坏。货叉的传统设计方法是通过经验法或实验法来确定货叉关键尺寸参数,该方法可靠性低,设计周期长。采用响应面分析法(Response Surface Methodology,RSM)对货叉关键尺寸参数进行优化。首先将货叉结构中各个加强筋的主要尺寸离散为7个关键尺寸参数,采用有限元灵敏度分析法得到了各个参数对货叉力学性能的响应关系;然后以货叉小变形、低应力和轻量化作为优化目标,采用响应面分析法中的中心组合设计(Central Composite Design,CCD)对80组样本进行了优化,在不增加货叉质量的情况下,最大应力减小了8.8%。基于响应面分析法的货叉关键尺寸参数优化设计方法已应用于诺力某型号叉车,取得了良好的优化效果,为类似的结构设计提供了一种有效可行的设计方法。     

汽车钢制车轮的响应面法优化设计

针对汽车钢制车轮研发周期长和生产成本高的问题,以15×5J钢制车轮为例,基于ANSYS Workbench 19.2软件完成车轮重要尺寸的参数化建模并创建车轮弯曲疲劳试验有限元模型,采用优化空间填充设计法,生成车轮重量及Mises应力的试验数据,获得车轮重量及应力响应面,最终在短期内成功确定车轮最优轻量化数模并应用于生...