卧式千斤顶墙板的拓扑优化设计

采用变密度法建立拓扑优化模型,选取序列线性规划法进行优化求解。以千斤顶的墙板为例在有限元分析软件ANSYS中进行拓扑优化设计,优化结果表明这种方法是有效可行的。     

重载挂车承载梁结构拓扑优化设计

以某多轴重载挂车为研究对象,推导了变密度法拓扑优化的求解过程,用ANSYS对重载挂车承载梁进行了结构拓扑优化。通过有限元计算结果与原设计结构相比较,确定为更合理的结构拓扑形状。研究表明了这种优化方法的实用性和优越性,为重型车在初始阶段的结构设计提供了理论依据。     

基于OptiStruct的盘式制动器拓扑优化设计

以某客车盘式制动器为研究对象,在三维建模软件Pro-E中建立盘式制动器的三维模型,并在有限元分析软件OptiStruct中进行盘式制动器的模态分析,为了使制动盘和制动钳体不会由于共振而产生噪声,采用了变密度拓扑优化方法,建立了以质量最轻为优化目标,单元密度为变量,制动钳体的3阶模态为约束条件的拓扑优化。优化结果降低了制动钳体的3阶模态频率,并且给出了制动钳体的材料最优分布图,优化后的模态频率可以使制动钳体避免与制动盘产生共振而产生噪声。     

机载光电平台的结构及原理分析

机载光电平台是无人机一种重要的有效载荷,它集成了机械、通信、光电和自动化技术,能够完成对目标的侦查、跟踪和定位等任务。针对机载光电平台的功能需求和恶劣的工作环境,设计了一种轻量化、结构紧凑、视线范围大和可操控性好的新型机载光电平台。通过CATIA软件建立了平台的三维模型,介绍了结构特点和重要部件。对球形机构进行原理分析,建立了几何结构模型和运动学模型,证明了球形机构是一种3自由度全解耦的并联机构,并且具有无奇异点、工作空间大和完全各向同性等优点,利用ANSYS Workbench对球形框架进有限元分析,结果表明其静力特性符合设计要求。     

重型载货汽车车架拓扑优化设计

对车架的拓扑优化设计做了研究,在原有重型载货汽车车架模型的基础上,设定拓扑优化区域和优化参数,通过变密度法将连续体离散成[0,1]分布的模型,对于密度较小的区域采取去除材料的办法形成空洞,留下来的材料为横梁的分布位置,为后续的车架设计提供一个思路。     

基于变密度法的送杆机构的运送支架拓扑优化设计

利用拓扑优化技术和有限元分析,实现对送杆机构的运送支架轻量化设计和结构优化,提高其综合性能,保障送杆机构能够精确送杆。首先,利用ANSYS/Workbench软件对送杆机构进行静力学分析和模态分析,研究承载时的变形量、应力分布和共振频率,确定初始结构设计的合理性。然后,以运送支架的结构柔度最小为优化目标,外载荷和体积为约束条件,利用变密度法和SIMP插值模型建立对其进行拓扑优化的数学模型。最后,利用Shape Optimization模块对运送支架进行拓扑优化分析,并根据伪密度云图对其结构进行改进。优化结果表明:运送支架的质量减重25.1%,一阶固有频率提高2.1%,最大变形量和应力略微增大,但仍然远小于材料的结构强度,达到优化目的。     

起重机主梁拓扑优化设计研究

通过对桥式起重机主梁进行力学拓扑优化,用灵敏度过滤法分析不同过滤半径对优化结构的影响。选择合适的惩罚因子和过滤半径,解决了有限元拓扑优化的中部优化不稳定现象,使约束条件下主梁材料最优分布,使起重机主梁轻量化,同时提高基频。     

2-DOF柔性微动平台的拓扑优化设计

采用拓扑优化方法在给定设计区域内寻求材料的最佳分布,以获得布局合理的2-DOF微动平台新构型。在考虑平台所受载荷的情况下,采用变密度法及连续体柔性结构互能与应变能的比值法,建立了平台单自由度方向上的拓扑优化目标函数,并基于线性加权法建立了2-DOF平台的多目标拓扑优化数学模型,通过对所建模型求解,得到了具有对称双圆弧柔性薄板式弹性单元体的2-DOF微动平台的新构型。对平台的静动态特性进行了有限元分析及实验测试,结果表明:在150 V驱动电压作用下,x、y方向的位移分别为16.7μm、15.46μm,位移耦合分别为0.47μm、0.50μm,x、y方向的固有频率均为1.725 k Hz,在20 N阶跃输入力作用下,x、y方向的响应时间均约为13 ms。     

基于变密度法的双向载荷横梁拓扑优化设计

屋顶排水槽板折弯机的横梁在折弯过程中承受双向载荷作用,横梁的刚性和抗振性是影响折弯机整机精度和稳定性的重要因素。首先对横梁承载情况进行受力分析,然后建立基于变密度法的拓扑优化数学模型,增加双向载荷约束条件,采用通用性较强的优化准则法,通过卷积算子建立滤波器修改元素灵敏度以提高网格独立性,解决棋盘格和网络依赖性问题,编制相应MATLAB优化程序进行结构拓扑优化,利用优化后的截面形状绘制三维模型,引入到ANAYS软件对拓扑结构优化结果进行静动态分析以验证优化结果,并通过LMS振动测试仪和分析系统对横梁进行模态测试试验,验证了优化与仿真的有效性和准确性,最终设计成果应用于屋顶排水槽板折弯机横梁设计,取得了很好的工程应用效果,为相似结构件优化设计提供了有益的借鉴与参考。     

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。     

数控车床主轴箱力学性能分析及拓扑优化设计

以HyperWorks为平台,对某型号数控车床主轴箱进行力学性能分析,基于变密度法,以主轴箱的相对密度为设计变量,主轴箱体积最小为目标函数,主轴箱静力变形和低阶模态为约束,建立拓扑优化数学模型。基于该方法对数控车床主轴箱进行拓扑优化设计。在保证主轴箱性能和不增加质量的前提下,找到了最优结构布局方案,为企业改进其结构提供了理论依据。     

数控车床主轴箱力学性能分析及拓扑优化设计

以HyperWorks为平台,对某型号数控车床主轴箱进行力学性能分析,基于变密度法,以主轴箱的相对密度为设计变量,主轴箱体积最小为目标函数,主轴箱静力变形和低阶模态为约束,建立拓扑优化数学模型。基于该方法对数控车床主轴箱进行拓扑优化设计。在保证主轴箱性能和不增加质量的前提下,找到了最优结构布局方案,为企业改进其结构提供了理论依据。     

载人离心机转臂拓扑优化设计

转臂是载人离心机的承载、传力及传递扭矩的关键部件,关乎载人离心机系统的性能及能耗。通过分析转臂结构及载荷特点,在Hyperworks里建立转臂有限元模型,运用变密度法对转臂进行拓扑优化,根据优化结果对转臂进行二次设计,二次设计的转臂重23.13 t,是优化前重量的8.6%,重量明显减轻;然后对二次设计的转臂进行静力和模态分析得到转臂最大位移为4.12 mm,最大应力为176 MPa,一阶固有频率为10.62Hz,其强度和刚度均达到预期目标。     

基于拓扑优化的变密度点阵结构体优化设计方法

点阵材料是一种超轻高强的高性能多孔材料,目前主要以等密度构建点阵结构体。在实际情况下,点阵材料的各部分承受着不同的载荷,等密度点阵材料存在性能不能充分发挥的问题。针对上述问题,将拓扑优化引入点阵材料设计中,提出一种基于均匀化方法的多尺度拓扑优化方法,实现了变密度点阵结构体的优化设计,可根据实际载荷设计出最优的变密度点阵结构体,以达到最优性能。以汽车连杆为例,与现有商业软件HyperWorks采用的梁模型点阵优化方法进行对比验证。结果表明,所提出方法优化所得连杆的轻量化效果更好,应力分布更合理。该方法生成的变密度点阵结构有着更优异的性能,更适合变密度点阵结构体的优化设计。     

起重机箱形梁静刚度拓扑优化设计研究

起重机是广泛使用的起重设备,而起重机箱型梁的重量占起重机总重的一半还要多,起重机箱型梁结构的性能影响到整个起重机的性能,故对其进行合理的优化设计是很必要的。文章依据有限元理论和拓扑优化思想,以30t双梁桥式起重机箱形梁为研究对象,选用固体各向同性微结构(SIMP)材料插值模型,建立体积为约束柔顺度最小化的优化模型,采用OC准则求解得到最优拓扑结构,对拓扑优化中出现的棋盘格现象和网格依赖性选择灵敏度过滤进行处理,并通过编写的MATLAB程序实现箱形梁的拓扑优化,使箱形梁结构整体刚度得到提高。     

分布式柔性机构拓扑优化设计的理论和算法

将连续体结构的拓扑优化技术应用到分布式柔性机构的设计中,基于变密度法和优化准则法推导并建立柔性机构拓扑优化的一种显式的设计变量收敛格式。结合分布式柔性机构优化设计的人工弹簧模型和虚拟载荷法,提出一种新型的分布式柔性机构拓扑优化设计的多准则优化模型,同时综合考虑柔性机构设计的机械效率要求和结构的刚度要求,并利用伴随敏度分析法进行敏度分析。数值算例证明研究方法的有效性,并分析和讨论优化模型和收敛格式中有关优化设计参数对柔性机构优化设计结果的影响。用激光快速成形技术验证柔性机构概念设计的合理性。     

摩托车脚蹬板的拓扑优化分析

应用有限元分析理论模拟了摩托车脚蹬板在极限支撑驾乘人员载荷工况下的强度和刚度特性。在此基础上,以内部加强筋区域作为设计空间,采用变密度法对结构进行拓扑优化,同时依据优化结果对模型进行了重新设计及方案可行性的验证,解决了原始结构强度和刚度不足的问题。拓扑优化技术的应用缩短了该产品的研发周期,并为同类产品的设计提供了有效的方法借鉴。     

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。     

基于子结构凝聚的多层级拓扑优化设计理论与应用

提出一种基于子结构凝聚理论的多层级拓扑优化方法,用于设计包含细密几何特征的结构.该方法将高层级整体结构划分为若干低层级子结构.其中,高层级结构通过变密度拓扑优化方法获得结构构型;低层级构型以结构几何参数描述,采用静态凝聚法实现内部节点自由度凝聚,通过对结构参数寻优实现低层级变拓扑的优化设计.通过承载梁最小柔度设计及散热...     

高速转向架轴箱转臂结构拓扑优化设计

采用变密度方法,建立了以结构的总柔度为目标函数,体积为约束的拓扑优化模型.利用有限元软件hyperworks中的拓扑优化工具对列车转向架轴箱转臂结构初始设计方案进行了减重设计.结果表明,基于拓扑优化技术可以得到既经济又安全的结构方案.