基于拓扑优化方法的分动器箱体轻量化设计

针对某专用分动器的工作特性,利用有限元法建立分动器箱体的有限元模型,基于箱体静强度和模态分析分析结果,采用变密度法对箱体展开以加权应变能最小为优化目标,位移、体积分数和应力为约束下的结构拓扑优化,在此基础上根据拓扑密度云图对其进行优化设计,优化后箱体质量减轻8%。分析结果表明,优化后的分动器箱体综合性能得到提高,实现了箱体的轻量化设计。     

基于Kriging代理模型的结构形状优化方法

任何机械零件都是由结构尺寸和形状构成.通过常规设计手段,一般确定零件的整体结构尺寸,但大量局部的尺寸决定了零件形状.而零件的失效往往与零件形状是否合理密切相关.形状优化技术一般以有限元技术为基础,通过边界的迭代过程获得形状优化.文中结合试验设计技术和近似代理技术,利用少量样本点建立高精度分析模型,代替原有零件模型,在代理模型上寻找符合约束条件的结构参数,从而获得零件的形状优化.首先阐述了该优化方法的设计思想和理论基础,最后以六角钢盘的结构优化为例说明了该方法的具体应用过程.     

基于Kriging模型的后优化近似研究

后优化分析技术定量地研究当优化参数发生变化时,相应的优化结果会发生怎样的改变。过去的研究多集中在对优化结果的敏感度分析(一阶近似),所得到的结果只在当前参数的微小扰动范围内有效。用Kriging模型进行优化结果的插值近似(相对于优化参数),从而可以提供整个参数空间中优化结果的全貌。用简单的算例与一阶近似、二次响应面近似进行了比较,同时为了解决临界约束集发生改变时,目标函数突变对Kriging模型近似精度带来的影响,提出一种分片插值方案,较大地提高了Kriging的近似精度。     

基于拓扑优化方法主减速器壳体的轻量化设计

以某越野车主减速器壳体为分析对象,对其进行模态分析和强度分析,得出主减速箱的应力云图和位移云图。在保证原有强度和性能的基础上,根据拓扑密度云图对其进行轻量化优化设计。优化结果表明,主减速器壳体的质量减轻了约5%,同时主减速器壳体的综合性能也得到了提高,实现了主减速器壳体的轻量化设计。     

有限元和拓扑联合优化方法及其在机器人结构轻量化设计中的应用

针对协作机器人轻量化和动态特性的问题,本文提出了一种联合整体有限元分析和局部拓扑优化的机器人轻量化方法,并将其应用于设计一款六自由度协作机器人。该方法通过对整体进行有限元分析得到要优化部件的载荷及边界条件,从而基于上述条件对该部件进行拓扑优化,得到优化结构。优化结果表明优化后结构相对于初始结构整体减重4.83 kg,仿真结果为末端位移减小至2.57 mm,实测为2.88 mm,均达到目标要求,同时将整机六阶固有频率提高11.30%左右,高于当前文献所采用的拓扑优化所提高的1.69%。最后面向交叉韧带定位实验证明了该方法的有效性。     

基于拓扑优化方法的机床立柱轻量化设计

以某型机床立柱为研究对象,开展了立柱结构的轻量化研究工作。首先,利用Hyperworks软件对立柱结构进行静态和动态特性分析,得到立柱在切削力工况下的应力、变形位移云图、固有频率、振型以及频率位移响应曲线;然后,采用变密度法以柔度最小为目标函数进行拓扑优化,根据拓扑优化云图得到立柱内壁的筋条排布形式;接着,提取加筋板的中面并建立2D模型,进行尺寸优化设计,得到加筋板的最优厚度尺寸;最后,将优化模型与原模型进行力学性能对比分析。优化结果显示:基于拓扑优化方法的机床立柱可在减轻重量的同时提高其静、动态特性。     

基于逆向工程和拓扑优化的支座轻量化设计

基于逆向工程与拓扑优化技术完成了支座的轻量化设计。首先通过逆向工程建立起支座三维模型;其次,通过静态有限元应力分析给出优化的约束条件;然后以最小体积分数为优化目标,以最大Von-mises应力和最大位移为约束,以单元密度为设计变量完成支座的轻量化设计。结果表明,在满足所有约束条件下,优化后的支座质量降低了近18%,效果较好。     

基于逆向工程和拓扑优化的转向节轻量化设计

逆向工程与拓扑优化技术广泛应用于汽车零部件轻量化设计,特别是结构轻量化、工艺轻量化等方面。采用逆向工程和拓扑优化方法对某型车辆转向节进行了轻量化的研究。首先采用逆向工程,在转向节的外表面喷涂显像剂,运用手持式三维扫描仪对转向节进行数据采集,基于Geomagic Wrap软件完成转向节点云数据的优化,点云数据封装,建立起转向节三维模型;其次确定转向节优化的边界,对转向节开展静力分析,根据转向节装配要求与设计经验,重构出转向节优化设计空间,以最小体积为优化目标,采用变密度法完成转向节的拓扑优化设计;然后根据拓扑优化设计结果,结合结构制造工艺,重构转向节结构,并开展有限元静力分析验证,最终实现了转向节的轻量化设计。     

基于拓扑优化的某全金属Vivaldi 天线轻量化设计

近年来,天线的轻量化设计受到普遍关注。随着优化理论和仿真技术的快速发展,基于拓扑优化的天线轻量化设计已成为重要的研究方向。文中以某全金属Vivaldi 天线为研究对象,运用拓扑优化基本理论,结合有限元仿真手段,对其天线单元进行了轻量化设计。仿真结果表明：通过轻量化设计,该天线在满足动态特性和辐射特性的前提下,其阵列的总质量下降了近15%,达到了预定要求,说明这是一种行之有效的轻量化设计方法.     

基于Kriging近似模型的某轿车前悬架不确定性优化

针对前悬架确定性优化没有考虑参数不确定性时存在的问题,提出了一种考虑不确定性因素的前悬架不确定性优化方法。应用ADAMS/Car建立了某轿车麦弗逊式前悬架模型,在ADAMS/In-sight中进行了悬架设计硬点参数的灵敏度分析,针对灵敏度较大的设计硬点参数和所考虑的不确定性量,建立了车轮定位参数在车轮跳动过程中的Kriging近似模型,简化了优化过程。针对该近似模型进行了动力学分析,运用经过改进的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)和隔代遗传算法(IP-GA)进行了多目标不确定性优化求解。优化结果表明,该不确定性优化方法具有较高的有效性和精确性。与确定性优化结果的对比表明,不确定性优化具有更好的鲁棒性。     

基于拓扑优化的汽车前纵梁耐撞性设计

结合静态和动态拓扑优化方法对汽车前纵梁进行耐撞性设计,通过静态拓扑优化方法分别获得前纵梁在轴向刚度最大和侧向刚度最大时的结构形式,通过动态拓扑优化方法获得前纵梁具有最大吸能时的结构形式。对拓扑优化结果进行分析,综合考虑前纵梁的轴向刚度、侧向刚度和吸能特性,最终确定前纵梁的最佳截面形式与诱导结构的尺寸和位置。优化前后前纵梁的吸能特性对比结果表明,拓扑优化使前纵梁的耐撞性能有一定的提高。     

基于Kriging模型的发动机罩多目标优化设计

为提高轿车CNCAP行人保护性能,应用拓扑优化方法对某款轿车的发动机罩内板进行结构改进,以达到降低行人头部损伤值的目的。先以发动机罩内板、外板、加强板及铰链的壁厚为设计变量,采用最优拉丁方法生成样本数据,通过仿真分析,构建了关于发动机罩质量、头部损伤值及模态的Kriging近似模型;然后利用NSGA-Ⅱ（非劣分层遗传算法）多目标进化算法寻优求解。结果表明：改进后的发动机罩不仅安全性和防振性得到改善,而且质量减小,模态值提高,实现了安全、防振及轻量化的设计目标。     

汽车驾驶室后悬置支架的拓扑优化设计

阐述了借助于Hyper Works软件的拓扑优化和形状优化技术,实现驾驶室后悬置支架减重优化设计的过程,并结合实际受力情况对传统优化设计与拓扑优化设计方案做了有限元验证对比分析.结果表明,经减质优化后的支架,应力值大幅减少,应力分布更加均匀,相对原始结构质量明显减少,能够满足产品的使用性能和铸造工艺性能要求.     

基于有限元分析的机床床身模态分析与拓扑优化

机床床身作为机械加工设备的重要组成部件和基础部件,其静态特性和动态特性直接影响着机械加工设备的加工精度及其工作稳定性.以某经济型数控车床的床身为研究对象,联合运用三维实体造型软件Pro/E和大型有限元分析软件ANSYS,对研究对象进行模态分析和结构拓扑优化,再结合实地测量实验数据对此经济型数控车床的床身结构进行优化并确定合理的床身结构,为同类型数控设备的设计与制造提供理论依据与参考.     

基于Kriging近似模型的轨道主冷叶轮多目标遗传优化

为最大限度地减小叶轮质量,通过反求模型和网格密度精度的分析,对叶轮结构进行数值计算,并构造了拉丁超立方试验设计模型和Kriging近似模型,得到叶轮结构的采样空间和高精度的近似模型用来代替数值分析,提出了轨道轴流风机叶轮结构多目标遗传优化方法。采用该方法分析了主要技术参数对叶轮结构受力的灵敏性,并找出了对叶轮结构应力影响最大的参数。叶轮结构通过优化后,质量减小了31.7%,大大节省了材料的成本,最大应力值也由初始方案的21.5MPa变为16.5MPa,有效地提高了叶轮的力学性能。优化后通过滑环引电器和动静态应变测试系统对风机叶轮进行动静态试验,并设计了叶轮旋转机械的工艺工装和试验方案,试验结果与计算结果十分吻合,且动应力相对很小,因此,叶轮具有良好的力学和振动性能,在工程应用中具有较高的价值。     

基于拓扑优化方法的大型液压挖掘机斗杆新型结构

以斗杆结构强度为基准,采用结构优化的方法,设计了大型液压挖掘机正铲工作装置斗杆新结构。采用离散元方法,构建矿山岩石模型,获得铲斗挖掘阻力;采用多体动力学方法,搭建大型液压挖掘机正铲工作装置刚柔耦合动力学模型,获得挖掘机斗杆挖掘工况斗杆动态载荷,并对斗杆进行动态结构强度分析;采用SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法,在有限元中对斗杆结构进行拓扑优化设计,获得大型液压挖掘机正铲工作装置新型斗杆结构;对新型斗杆结构进行动态结构强度分析,斗杆结构强度保持原有水平。研究结果表明,通过拓扑优化后得到的新型斗杆,结构强度与类比设计一致,但质量减小。     

拓扑优化在电梯轿厢架支撑结构设计中的应用

文中把拓扑优化设计理论引入某电梯轿厢架的支撑结构设计中,利用先进的有限元分析软件,完成了多工况下的电梯轿厢架支撑结构的拓扑优化设计。确定了轿厢架支撑结构的最佳结构布置方案,为后续设计提供指导。     

基于Kriging模型的微夹持器优化设计

为了综合平衡一种新型微夹持器的张合量、夹持力灵敏度与快速响应,提出一种Kriging模型的优化方法。采用拉丁超立方抽样方法确定试验点,采用ANSYS计算各试验点对应的响应值。进行相关性分析以确定对性能影响较大的结构参数,并将其作为优化设计变量。采用Kriging理论建立能反映性能指标与设计变量之间关系的非线性模型,并建立多目标优化模型。比较分析优化前与优化后的各性能指标可知,放大倍数增大了7.4%,固有频率增大了16.46%,输出刚度增大了9.84%,最大应力减小了5.75%,说明所提出的性能优化方法有效。     

杜瓦顶盖结构优化设计

在HyperMesh中建立了杜瓦顶盖的有限元模型,通过对原始顶盖模型进行受力分析,可知原模型存在不合理之处。为获得更加合理的结构,建立了基于变密度法的拓扑优化数学模型,利用OptiStruct求解器对顶盖进行拓扑优化设计,得到顶盖最优的加强筋布置形式。并在拓扑优化结果的基础上对顶盖的厚度进行尺寸优化,以求达到顶盖的刚度最大时用料最少的结果。