汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

某客车车架结构多目标拓扑优化设计

整车轻量化的设计需求目前在所有汽车行业的车型开发中占有非常重要的地位,且此需求贯穿了每个项目开发设计的整个过程。车架是整车轻量化设计的重要研究对象。基于整车轻量化设计需求,采用基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,以某中型客车车架的柔度最小化为目标函数,以体积比和一阶模态频率作为约束条件,对弯扭联合工况下的车架进行结构拓扑优化设计。经计算获得满足约束条件并使车架柔度最小的车架拓扑形态,为该型客车车架提供了结构的概念化设计方法。     

矿用自卸车车架结构多目标拓扑优化研究

为给矿用自卸车车架结构设计和优化提供参考,针对国产首台300t矿用自卸车工作环境极其复杂、行驶路况极为恶劣以及载重量大而导致车架结构容易破坏失效的情况,采用SIMP变密度法对其进行拓扑优化研究,以多工况下的刚度和一阶振动频率为目标,并利用折衷规划法定义的多刚度和高频率的多目标拓扑优化函数进行优化。依据优化结果设计了新的车架,并比较了经验设计下的车架和新车架的刚度和频率。研究结果表明：采用多目标拓扑优化方法指导设计的车架刚度和频率都有显著提高,改善了车架的使用性能,能使车架更好地在恶劣环境中使用。     

巴哈赛车车架多目标拓扑优化设计

为了实现巴哈赛车车架的轻量化,以车架刚度和频率为优化目标,采用折衷规划法归一化子目标建立综合目标函数,运用灰色关联分析法评价子目标权重系数,对车架进行拓扑优化;根据拓扑优化的结果对车架进行二次设计,在保证刚度和安全使用条件下,对车架管件进行尺寸优化.分析结果表明,改进后的车架的刚度性能、强度性能和模态固有频率均有提高,...     

基于折衷规划的车架结构多目标拓扑优化设计

为避免单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,笔者提出了一种车架结构的多目标拓扑优化研究方法.采用折衷规划法建立了车架结构多目标拓扑优化的数学模型,其中多刚度拓扑优化目标函数采用折衷规划法定义,振动频率拓扑优化目标函数采用平均频率法定义.以某越野车车架为例,通过优化得到了同时满足刚度和振动频率要求的车架拓扑结构.理论分析...     

结构多目标拓扑优化设计

为了研究结构多目标拓扑优化设计方法,引入了数学规划法的相关理论,分别采用最短距离法、平方加权法、规范目标法、线性加权法和折衷规划法建立了五种不同的目标函数,将多目标拓扑优化问题转化为单目标拓扑优化问题。通过在一个优化实例中验证这五种方法,结果表明五种方法均能解决多目标拓扑优化问题,其中线性加权法在提高结构刚度方面贡献比较大,而折衷规划法更能提高结构的固有频率。     

考虑多工况油箱支架结构拓扑优化研究

为保证油箱支架结构能更好地满足不同行驶工况下的承载要求,需要在设计阶段考虑其在多工况下的静态刚度特性,对整个支架结构进行合理的多目标拓扑优化设计。基于固体各向同性材料惩罚函数优化理论,运用折衷规划法定义了车辆在不同行驶工况下的静态刚度拓扑优化目标函数,根据优化结果,设计出了一种满足刚度要求的新支架结构。     

链轮结构静/动态多目标拓扑优化及敏度分析

为增强链轮结构的静态刚度及有效抑制外界激励的影响,将多目标理论并结合拓扑优化理论引入到链轮结构的设计。依据链轮的真实工况,分别对其进行静态刚度和动态固有频率最大化的优化设计。基于折衷规划法定义静态刚度和动态固有频率的多目标函数,并以体积分数为约束条件构建链轮结构的SIMP拓扑优化模型,基于OptiStruct的优化准则算法进行多目标优化求解。运用伴随变量法求解多目标函数相对设计变量的灵敏度,为结构整体性能改善及优化提供准确的梯度信息。最后,以链轮多目标优化结果为参考,基于SolidWorks进行二次设计,并对其进行静力学和模态分析用以验证优化前后结果的正确性。该方法对考虑多个目标的工程结构优化设计具有实际意义。     

激光通信主镜结构多目标拓扑优化设计

为提高激光通信主镜的质量,针对激光通信终端主镜进行优化设计。基于多目标拓扑优化和折衷规划法的理论,建立了一种考虑多工况结构刚度和质量最小化的多目标优化数学模型。利用Optistruct求解器对主镜进行优化设计,得到主镜新模型。对主镜结构进行详细设计和有限元分析,分析在主镜光轴水平和竖直工况时的镜面变形。结果表明主镜轻量化率为55.3%,与优化前相比主镜光轴竖直时主镜面形精度有较大提高,满足激光通信中对主镜性能指标的要求。与不同轻量化主镜结构进行对比,该方法得到的结构面形精度更高,验证了该方法的可行性。     

基于多目标拓扑优化技术的齿轮结构优化设计

为加强齿轮刚度和对外界激励的抑制能力,减少齿轮制造的材料使用率,引入多目标拓扑优化理论并运用OptiStruct对齿轮最佳结构进行设计。首先,依据齿轮的实际工作状况,基于HyperMesh分别以刚度和一阶固有频率为优化目标,以优化前后体积比为约束条件构建齿轮的SIMP优化模型并运用OptiStruct进行求解。然后,采用折衷规划法定义多目标函数,基于层次分析法计算决策矩阵并确定多目标函数的权重因子。最后,运用OptiStruct求解出齿轮结构的最佳材料分布。优化结果表明,优化后的齿轮不仅提高了力学性能和抑制振动能力,还降低了齿轮材料的使用率,实现齿轮结构的轻量化设计。     

校车底盘车架结构静动态特性拓扑优化设计研究

针对一款城市专用校车底盘车架结构一阶固有频率偏低的问题,研究了其拓扑结构与静动态特性之间的关系,提出了基于静动态特性的校车底盘车架结构多目标拓扑优化设计方法,即以多工况下的底盘车架结构静态刚度和一阶固有频率最大为目标函数,以拓扑区域体积比为约束函数,建立其结构拓扑优化模型,利用Hyper Works的Optistruct软件对底盘车架结构进行多目标拓扑优化设计,结果表明,优化设计的底盘车架结构在静态刚度保持不变的前提下,其动态一阶固有频率提高了34.6%,较好地解决了校车底盘车架动态特性较差的问题。     

基于多目标优化的氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计

以某公司生产的10m氢燃料电池客车为研究对象,建立氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型,并完成了四种典型工况静力学分析和模态分析,得到了车身骨架的应力应变分布和模态频率.然后将全部骨架分组处理,以厚度为设计变量,进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析的结果,筛选出对骨架性能响应不敏感,但是对质量响应比较敏感的部件,完成了以厚度...     

微型电动车车架优化设计研究

依据车架结构的受力特性及其材料的性能要求,建立了优化数学模型。考虑了多种行驶工况的冲击载荷对车架的破坏作用,采用有限元和结构拓扑优化设计相结合的方法,对车架进行了结构优化分析,并以满足各总成的布置和实际行驶要求对车架结构进行了全新设计。对新设计车架进行了刚、强度校核及模态振型分析。实际使用情况表明,该车架设计合理,说明拓扑优化设计的方法对车架结构设计的有效性和可行性,为结构优化设计提供了一种思路。     

基于HyperWorks的卡车车身结构拓扑优化设计

以数学规划为基础,使材料在设计空间中得到最优的分布和形状,为设计者提供设计思路,能够缩短新产品的设计时间。利用变密度法,对卡车车架进行拓扑优化设计,不但满足了设计要求,而且为此类超静定结构的设计提供了思路。     

微型货车车架的拓扑优化设计

车架是货车的关键部件,其动态特性直接影响整车振动和使用寿命,其中如何避免车架与其他零部件的共振一直是整车开发的关键问题.本文首先基于SIMP密度一刚度插值模型和优化准则法,建立线弹性连续体结构刚度拓扑优化的教学模型,对中间密度材料进行研究,得出惩罚因子的取值范围;并对与怠速工况下的发动机极易产生共振的货车车架结构进行了拓扑优化;由优化结果得出了改进的尾部横梁结构,并减轻了横梁质量,减重效果为15.63%.     

连续体结构的多目标拓扑优化设计

为实现静动态多目标下连续体结构的拓扑优化设计,以静态柔顺度最小化和动态特征值最大化加权函数为目标,提出并建立静动态多目标下连续体结构拓扑优化模型,实现了相应的算法和算例。方法中采用(rational approximation of material properties,RAMP)方法对密度进行惩罚,利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,通过归一化目标函数有效地避免不同性质目标函数的量级差异。通过算例,获得了静动态权重系数对结构拓扑构型和目标函数(宏观结构的柔度和基频)的影响规律,算例结果表明了该方法的有效性。     

Multi-objective Topology Optimization of Thermo-mechanical Compliant Mechanisms

The material characteristics of a structure will change with temperature variation,and will induce stress within the structure.Currently,the optimal design for the topology of compliant mechanisms is mainly performed in single physical field.However,when compliant mechanisms work in high temperature environments,their displacement outputs are generated not only by mechanical load,but also by the temperature variation which may become the prominent factor.Therefore,the influence of temperature must be considered in the design.In this paper,a novel optimization method for multi-objective topology of thermo-mechanical compliant mechanisms is presented.First,the thermal field is analyzed with finite-element method,where the thermal strain is taken into account in the constitutive relation,and the equivalent nodal thermal load is derived with the principle of virtual work.Then the thermal load is converted into physical loads in elastic field,and the control equation of the thermo-mechanical compliant mechanism is obtained.Second,the mathematical model of the multi-objective topology optimization is built by incorporating both the flexibility and stiffness.Meanwhile,the coupling sensitivity function and the sensitivity analysis equations of thermal steady-state response are derived.Finally,optimality criteria algorithm is employed to obtain numerical solution of the multi-objective topology optimization.Numerical examples show that the compliant mechanisms have better performance and are more applicable if the temperature effect is taken into account in the design process.The presented modeling and analysis methods provide a new idea and an effective approach to topology optimization of compliant mechanisms in electrothermic coupling field and multiphysics fields.