基于拓扑优化与正交试验的锚机机架轻量化研究

针对锚机大容量、小体积、长寿命的需求现状，将拓扑优化和正交试验法相结合对机架进行轻量化研究。根据静力学分析结果，建立以锚机机架结构柔度最小为优化目标的拓扑优化模型，对机架进行拓扑优化设计并对模型进行重构，接着对机架进行尺寸优化设计，通过ANSYS模拟正交试验，利用最小二乘法建立回归方程，进而得到机架优化的数学模型进行轻量化计算。对优化设计后的机架进行静力学分析，将分析结果与优化前的分析结果进行对比。结果表明：在满足机架强度和刚度要求的前提下，机架重量减小了15.27%，为锚机轻量化研究提供参考。     

基于拓扑优化的天线座叉臂结构设计

针对某雷达天线座叉臂结构刚度不满足设计要求的问题,提出了将连续体结构拓扑优化方法应用到叉臂结构优化设计中,通过优化,确定满足刚度要求、重量最小化的叉臂结构中材料的最佳分布形式,并以此为依据对原设计方案进行了改进设计,仿真结果表明,改进后的叉臂结构刚度得到明显提高.     

一种基于拓扑优化的直升机减速器机匣结构设计方法

直升机减速器机匣需要将复杂的旋翼载荷传递至机身平台,是直升机的重要承力部件。为了满足直升机长寿命、轻质量的要求,需要采用先进的结构设计方法。采用基于拓扑优化的方法,通过对直升机减速器机匣进行拓扑优化、结构重构、结构优化,设计出轻质量、低应力的机匣,并建立了基于拓扑优化的直升机减速器机匣结构设计流程。     

结构拓扑优化参数的正交试验设计

基于正交试验设计方法,针对结构拓扑优化中体积系数、惩罚因子和控制半径等参数的组合问题,设计了9种不同的试验组合方案,利用MATLAB软件对这9种方案进行了仿真试验分析,采用极差分析法和方差分析法对仿真结果进行了分析,优选出了结构的刚度达到最大、目标函数的迭代步数最少的参数组合方案,该方案在结构拓扑优化设计中具有较强的泛用性。     

基于拓扑优化的加工中心十字滑台结构设计

基于零件结构静态和动态性能及轻量化的总体设计目标,利用结构拓扑优化方法完成了立式加工中心十字滑台的结构设计,解决了零件结构静、动刚度不足问题及质量过重导致的机床加速性能不良等问题。首先,详细分析了十字滑台的工况。其次,针对同时满足十字滑台具有良好的静动态性能并减轻其质量的设计需求,采用结构的柔度最小和基频最大为目标函数以及体积比为约束的多目标、多工况的结构拓扑优化方法,进行了十字滑台的结构拓扑优化设计,获得了其结构构型。最后,分析并对比了十字滑台新结构和原有结构的刚度、固有频率、质量及机床加速性能,验证了新结构具有良好的性能。     

拓扑及参数优化方法在专用汽车车架结构设计中的应用

提出了将拓扑优化理论和结构参数优化方法综合应用于集装箱半挂车车架结构设计中的设计思想。在结构设计的开始阶段引入拓扑优化理论．先对结构进行布局优化,以获得较合理的初始结构方案,再通过结构参数优化设计,得到满足其强度和刚度及设计工艺要求的最优结构。探讨了拓扑优化设计过程中,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题。在ANSYS软件平台上进行了CAE软件包的二次开发．设计了集装箱半挂车车架优化设计专用软件模块。     

基于拓扑优化的发动机支架的结构设计

在Hyper Mesh中建立了汽车发动机的安装支架有限元模型,利用Radioss求解器进行强度分析计算。运用Opti Struct优化分析软件对发动机支架在满足最危险工况的要求下进行了拓扑优化,根据拓扑优化的结果确定支架的材料合理布局方式,最终在满足设计要求的情况下成功确定了合理的设计方案。     

基于拓扑优化与多目标优化的给料机关键部件结构设计

针对给料机经常因为强度不足而发生失效的问题,基于有限元法对某型号振动给料机进行典型工况下瞬态动力学分析,同时开展相应工况下动应力测量,结果表明给料机的失效主因为弹簧上座结构设计不合理。因此,基于变密度法和子结构法,建立以弹簧上座组合应变能为优化目标函数,约束应力和体积分数的拓扑优化模型,基于灵敏度分析和最小二乘法建立了一阶扭转、弯曲频率和总质量的响应面模型,最后利用遗传算法对响应面模型进行多目标优化,得到Pareto最优解集。结果表明优化后结构固有频率分别提高了4.17%和6.30%,最大动应力减小了46.4%,提高了给料机整体的刚度和结构可靠性。     

正交各向异性材料结构的传热拓扑优化研究

基于变密度法建立了正交各向异性材料结构的稳态传热拓扑优化模型,完成了变截面梁和圆锯片的传热拓扑优化,散热弱度最大分别降低了68.78%和74.82%,同时减重39.03%和23.75%;重点研究了各向异性因子和材料方向角对各向异性材料结构最优拓扑构型及散热效果的影响。结果表明:散热效果均随各向异性因子增加而增强,当各向异性因子小于和大于1时,各向异性材料结构的散热性能分别劣于和优于各向同性材料结构。变截面梁的材料方向角及各向异性因子对其最优拓扑构型及散热效果影响很大;而对于几何形状及热载荷均对称的圆锯片,其材料方向角对最优拓扑构型及温度分布无影响。变截面梁的材料方向角建议在60°～75°之间取值,在各向异性材料结构传热拓扑优化中,合理选择各向异性因子和材料方向角可获得较优拓扑构型。     

基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计

为了在底座初期设计时尽可能减轻其质量、降低静应力变形、提高其固有频率,首先基于变密度法,建立以底座质量为优化目标函数,静应力变形和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,实现1次优化;然后基于响应曲面法,建立以底座质量、静应力最大变形量和1阶固有频率为目标函数与约束条件的多目标优化模型,实现2次优化。分析两次优化的有限元结果:相比于1次优化,2次优化后的底座质量减轻2.5%,静应力变形量降低16.2%,1阶固有频率提高6.0%。     

应用拓扑优化理论进行结构概念设计

介绍了将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成,应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化.优化结果为结构详细设计阶段提供了设计优化区域和原型.     

基于Altair-OptiStruct的客车车身结构拓扑优化设计

采用Altair-OptiStruct对某型客车车身结构进行拓扑优化计算,实现客车车身结构轻量化设计。根据优化空间最大化的原则,建立车身拓扑优化模型,然后分别对弯曲工况和弯扭组合工况进行车身结构拓扑计算,最后对新的车身结构性能进行验证评价。结果表明:拓扑优化后的车身骨架性能得到了提高、质量减少3.8%,优化结果可为客车轻量化设计提供参考。     

基于SolidWorks/COSMOS的正交试验优化设计

以法兰零件为具体对象介绍了正交试验设计的方法,进行了正交试验的设计,基于SolidWorks/COSMOS原件进行有限元分析,得出了最佳设计方案.试验表明,通过Solidwors/COSMOS模块与正交试验相结合的方法,能较好地实现零件优化设计,计算过程简单、迅速、有效.     

基于拓扑优化的高承载类蜂窝夹层结构设计

针对传统蜂窝夹层结构构型单一、共面方向承载性能不足的问题,以蜂窝夹层单胞体积模量最大化为优化目标,建立蜂窝夹层单胞拓扑优化模型,基于能量均匀化理论进行蜂窝夹层单胞等效属性评价,采用改进的优化准则法求解,得到结构边界清晰的类蜂窝夹层单胞,通过有限元仿真得到了所优化类蜂窝夹层结构的静力承载和抗冲击性能,并通过实验测试了所优...     

正交试验法在悬架系统优化设计中的应用

独立式油气悬架在工程车辆上的使用,不仅为整车总体布置提供方便,也为车辆行驶平顺性和操纵稳定性的提升提供可能。根据油气悬架的特性和整车悬架的结构特点,建立油气悬架车辆半车动力学数学模型,在分析建模的基础上,应用考虑交互作用的正交试验法和极差分析法,以稳态转向不足转向度和质心垂向加速度均方根作为试验目标,研究前后油气悬挂缸缸径、阻尼孔径以及悬架充气量对对整车综合性能影响程度。结果表明,前后悬挂缸充气量的交互作用对整车操纵稳定性和行驶平顺性都有较大程度的影响;经过对前后悬架结构参数优化设计后,使得整车综合性能有所提高,尤其是车辆的行驶平顺性改善较为明显。     

基于 Ａｌｔａｉｒ- ＯｐｔｉＳｔｒｕｃｔ标准型动车机箱 结构拓扑优化设计

利用 Ｈｙｐｅｒｗｏｒｋｓ软件对标准型动车机箱结构进行了有限元分析,通过分析充电机机箱多种承 载工况,确定各工况的最优权重系数,进行了结构的综合目标设计优化,最终得出蒙皮加强筋的最佳布局型 式,其一阶模态频率提高了５６．１８％。同时为了保证机箱静动态承载性能的前提下对机箱部件进行拓扑优 化,部件质量减重２．１０ｋｇ。本文对机车充电机机箱结构的优化研究具有一定的工程意义和参考价值。     

基于子结构法的多层级结构拓扑优化

为避免多层级结构拓扑优化中的尺度分离问题,保证不同多孔结构之间的连接性,提出了一种基于子结构法的多层级结构拓扑优化方法。采用参数化水平集方法,将多孔结构拓扑优化分为两个层级,在细观层级优化多孔结构拓扑构型,在宏观层级优化多孔结构最优空间分布。采用子结构法建立宏细观结构之间的联系,将细观结构凝聚为超单元,凝聚的超单元又作为宏观结构分析和优化的基本单元。数值算例表明：所提方法可有效实现二维、三维多层级结构的拓扑优化;在多层级结构设计中考虑多种类型的多孔结构时,所提方法能有效保证不同多孔结构之间的连接性。     

基于OptiStruct的梁结构优化设计

针对国内梁结构优化设计应用研究领域的不足,利用有限元及CAE计算机仿真技术对梁的截面进行以减轻质量为目标的结构优化分析。首先利用Hypermesh进行梁截面的网格划分,其次考虑梁截面的受力方向不同,使用OptiStruct进行模式重复情况下的拓扑优化。最终依据优化结果,对梁截面进行二次设计和工艺优化,以获得满足挠度条件的最轻梁结构。得出了利用有限元及CAE计算机仿真技术进行梁结构优化的一般思路和可行的办法。     

基于拓扑优化的举升桥拖臂梁支架改良设计

本文指出了优化设计在目前产品设计领域的必要性;用数理统计的方法对多工况下应力最值方差作出评价,为多工况受力零件的设计评价及结果优化提供了数值依据。并以举升桥拖臂梁支架改良设计为实例,详细介绍了多工况下产品的优化设计方法与过程,达到了降低成本、提高产品质量的双重功效。