基于径向基函数神经网络的白车身减重优化研究

针对白车身变量多、性能响应复杂问题,在车身结构的板厚优化设计中引入近似模型方法,提高设计效率。以某轿车车身结构为轻量化设计对象,通过灵敏度分析确定优化设计变量,基于径向基函数神经网络近似模型进行全局优化,在不降低刚度和模态性能的情况下实现白车身减重目标。通过最优拉丁超立方试验设计构造样本点,用径向基函数神经网络法构造刚度和模态的近似模型,并用自适应模拟退火法进行优化求解。结果表明,径向基函数神经网络模型能较好地模拟车身结构刚度和模态响应问题,提高了整体的设计效率。通过有限元模型的验证,基于近似模型的优化结果精度较高,实例白车身减重达5.73%。     

磨床床身结构优化设计

基于参数化建模和结构优化设计理论,建立了某磨床床身的参数化有限元模型;以床身的筋板间距和壁厚为设计参数,在保证导轨刚度的条件下,采用整体优化和分层优化的方法分别对床身结构进行了优化设计,达到降低床身自重的目的,并对优化前后的结构进行了力学性能比较。整体优化是指同时优化所有的设计变量,而分层优化是指将设计变量根据其对设计目标和约束条件的影响进行合理分组,逐步优化。结果表明,采用分层优化技术可有效地解决设计变量较多的复杂结构优化设计。     

海底松软地层取心钻头的设计与结构优化

针对于海底松软地层取心困难,设计了一种新型海底底喷取心钻头,并进行了陆地钻进试验,初步验证了钻头的可行性。利用CFD软件对钻头孔底流场进行数值分析,得出了冲洗液平均上返速度。同时利用ANSYS进行流固耦合仿真,分析了钻头在海底加压钻进时的受力情况。以冲洗液最大上返速度与钻头最大应力为设计目标,以钻头水眼、水槽、隔水间隙的尺寸为设计变量,通过中心复合设计法生成试验所需的设计变量的样本点,对生成的样本点进行有限元分析得到样本点的响应点,借助最小二乘法建立近似模型二阶响应曲面。采用折中法建立多目标优化模型,并用遗传算法进行求解。结果表明,冲洗液上返速度上升7%,钻头最大应力降低13%。     

基于响应面法的无轨门机T型架优化设计

针对无轨门机T型架设计存在冗余的现象,在满足设计要求的前提下,对T型架进行优化设计。以某无轨门机T型架的结构尺寸与板厚为初始设计变量,以刚度、强度与结构自重为输出响应,通过ISIGHT中的最优拉丁超立方设计方法生成初始样本点,利用试验分析筛选出最终设计变量。利用ANSYS与ISIGHT软件,建立响应面近似模型,以T型架的刚度与强度为约束条件,其结构自重最轻为优化目标,采用多岛遗传算法进行全局寻优。结果表明:该优化方法使T型架的质量减轻了36.12%,轻量化效果较为明显,为无轨门机T型架的设计与改进提供了一定的理论依据。     

数控插齿机床身的静动多目标拓扑优化设计

为了提高数控插齿机床身结构静刚度和动态性能,基于SIMP材料插值方法,采用折衷规划法,建立以刚度最大化和低阶模态频率最大化的多目标拓扑优化模型,对数控插齿机床身进行拓扑优化,得到最佳拓扑形式。根据拓扑形式重构床身模型,并对原结构模型和重构模型进行分析,结果表明,经过拓扑的结构能同时满足数控插齿机床身静刚度和振动低阶频率的要求,为数控插齿机床身结构拓扑优化设计提供一种方案。     

剐齿机床立柱动力学模型修正技术研究

针对机床立柱与床身接触刚度复杂,在有限元建模时边界条件难以确定,会导致机床立柱有限元模态分析结果与模态试验结果存在偏差的问题,通过响应面法与粒子群优化算法组合的方法修正机床立柱的动力学模型。以SKGC-500剐齿机床立柱为研究对象,将立柱与床身之间的导轨连接处理成弹簧阻尼单元,设计变量选择法向刚度和切向刚度。用正交试验设计方法选择有限元分析样本点并拟合二阶多项式响应面模型,建立以固有频率最小二乘法为目标函数,以接触刚度为约束条件的优化模型,用粒子群优化算法对固有频率最小二乘进行优化。结果表明,修正后的立柱动力学模型与实际固有频率有更好的一致性。     

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%。     

基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法

提出了基于拓扑优化的卧式旋压机床身加强肋布局优化设计方法。在确定设计空间及载荷后,采用带惩罚的变密度法(Solid Isotropic Microstructures with Penalization,SIMP)的结构拓扑优化技术,以多工况静力结构柔度和1阶自然频率为优化目标,建立了床身模结构拓扑优化模型,并在考虑工艺性的前提下,确定了床身板件焊接加强肋的最优布局。优化前、后的对比表明,优化后床身的静、动态性能均得到了显著提高,最大应力下降了13.39%,导轨刚度提高10.78%,1阶自然频率提高了9.28%。     

碟形直线超声电机优化设计

为了有效和快速地实现直线型超声电机的设计,提出了一种基于响应面法的直线超声电机优化设计方法并应用于蝶形直线型超声电机.响应面法是一种试验设计与数理统计相结合的优化方法.首先,利用有限元法建立定子的参数化模型并选定设计变量;其次,利用试验设计方法在变量空间里选取样本点,对各个样本点所对应的结构利用APDL建立有限元模型并进行模态分析和谐响应分析,得到对应各样本点的响应值,利用这些样本点和响应值建立定子响应面近似模型;最后,利用单纯形法找到最佳的设计方案.优化结果显示,蝶形直线超声电机的多方面设计要求都得以实现.     

深孔钻床床身的拓扑轻量化设计

为了实现深孔机床的轻量化设计,运用有限元分析和拓扑优化相结合的方法,对Z8016深孔钻床床身进行了结构优化设计。首先,利用UG对Z8016的床身初始结构进行了三维建模并导入HyperWorks进行模态分析,然后,根据变密度法的基本思想,建立以床身结构的相对密度为设计变量,以体积分数(质量)最小化为目标函数,一阶固有频率为约束条件的拓扑优化模型,并以HyperWorks/OptiStruct软件为工具,对其进行拓扑优化,得到了床身材料的最优分布图,最后根据优化方案对初始结构进行了重构设计。研究结果表明,改进后的床身结构,一阶固有频率基本保持不变,质量减少11.2%,满足设计要求。