基于拓扑优化的高空作业平台上车架轻量化设计

首先,利用分析软件的动力学分析模块,建立臂架举升过程的多体动力学模型,提取上车架与臂架连接位置的载荷曲线,将载荷曲线加载到上车架的结构有限元分析模型,获得上车架的结构强度结果。其次,使用拓扑优化方法分析上车架侧板,获得拓扑优化后的分析结果。最后,根据分析结果,在三维计算机辅助设计（Computer Aided Design,CAD）中重新设计上车架的侧板,实现侧板质量减少46 kg的目标。对优化后的新结构进行结构强度校核,结果表明优化后的结构强度完全满足要求。     

基于拓扑与尺寸优化的某型飞机起落架扭力臂轻量化设计

为提高某型飞机的性能,实现起落架轻量化的设计目的,对起落架扭力臂强度进行分析和结构优化,利用SolidWorks软件完成扭力臂组件的三维建模,基于ANSYS Workbench对扭力臂进行应力应变分析,采用拓扑优化方法获得新的材料分布,通过Matlab对重构模型的7个显著参数进行响应面建模,并用遗传算法获得其最优的结构...     

某微型电动商用车车架轻量化优化研究

针对某微型纯电动商用车自重的问题,对其车架结构尺寸、承载能力进行了研究,提出了一种车架轻量化优化设计思路。以车架横梁质量最小为目标函数,以车架横梁的截面尺寸边界条件、强度、刚度和稳定性为约束,建立了数学模型;通过Matlab中模拟退火智能算法工具箱,实现了对车架横梁截面尺寸的优化,得到了最优的车架横梁截面尺寸;利用CATIA软件建立了车架优化前后的三维模型,导入ANASYS Workbench软件建立了有限元模型,并在此基础上进行了静力学分析(满载弯曲与满载扭转)和模态分析。研究结果表明:车架优化后较优化前减重了13.43%;优化后的车架应力和变形满足材料Q235钢的使用条件;车架优化前后的低阶自由模态频率与路面激励频率重合率仅为4.8%,发生共振的可能性很小;车架轻量化优化设计思路合理。     

基于模态分析的纯电动垃圾车车架拓扑优化

简要介绍了模态分析和拓扑优化的理论基础,建立了纯电动垃圾车的拓扑设计空间,并对建立的车架设计空间进行了自由模态分析,得到了车架设计空间的模态振型和模态频率。在模态分析的基础上,设置除刚体模态外的1阶模态频率最大为优化目标,在Ansys中进行了拓扑优化计算。经计算得出相应的材料分布云图和1阶模态迭代曲线。基于云图对车架结构轻量化二次设计,对二次设计的车架再次进行模态分析验证,并得出了结论。     

基于拓扑优化的适配器支撑架轻量化设计

以某支撑架为研究对象,采用有限元分析结合拓扑优化的方法,在Workbench平台上对支撑架进行结构轻量化设计。首先,利用UG软件建立支撑架初始结构的力学模型并基于Workbench软件进行静力学分析;在此基础上,进行拓扑优化,优化目标是在满足支撑架刚度和强度的前提下,对其进行轻量化设计;根据优化后的结果结合经验设计方法,对原始支撑架进行了重构设计并进行有限元分析验证。结果表明:改进后的支撑架结构,质量减小了82.37%,实现了轻量化设计。     

考虑疲劳寿命的电动客车车架轻量化设计

建立了电动客车瞬态响应分析的优化模型,生成路面谱,对车架进行疲劳寿命评估,在简化后的路面谱作用下进行车架尺寸优化设计。结果表明,车架在减轻质量的同时能满足疲劳寿命的要求,达到了电动客车车架轻量化设计的目标。     

电动汽车车架的多目标拓扑优化-尺寸优化-精细化设计

以某电动旅游观光车桁架式车架为例进行多目标优化,先后采用了基于梁单元的多次局部迭代拓扑优化方法、基于梁单元的横截面尺寸优化方法和基于壳单元车架强度分析的精细化设计方法。具体步骤为,首先建立基于梁单元的车架有限元模型,以车架的刚度性能为优化目标建立多目标优化模型,通过多次局部迭代拓扑优化确定梁结构的布置位置,然后以梁的横截面长、宽、壁厚作为优化变量进行尺寸优化设计,确定车架梁的横截面尺寸;在此基础上,建立基于壳单元的车架有限元模型进行强度分析,基于强度分析结果对车架的高应力区域进行精细化设计,最终优化后的车架质量降低了10.5%,性能至少提升了9.3%,并且直接可以用于生产制造。该优化设计方法综合运用了梁单元模型和壳单元模型分析的优势,分别应用于概念设计阶段和工程设计阶段,为桁架式车架的优化提供参考。     

基于尺寸优化的电铲斗杆轻量化设计

斗杆是电铲工作装置的重要组成部分,降低斗杆的质量对提高电铲的运行性能具有重要意义。为了减轻斗杆的质量,提出Ansys Workbench响应面分析法对电铲斗杆优化设计。为了达到电铲斗杆轻量化,运用UG对电铲斗杆进行建模,以斗杆最小的质量为设计目标,对斗杆进行静力学分析并采用多目标优化方法得到电铲斗杆有限元模型的最优设计方案。在保证斗杆应力和形变的条件下,最终优化后的斗杆质量减轻了4.13%。同时,对尺寸优化前后的斗杆模型静力学结果进行了比较,结果满足电铲斗杆的设计要求。     

基于轻量化的全地形巴哈赛车车架设计与优化

依据全地形路况对巴哈赛车的要求,提出了巴哈赛车车架的设计要求与分析准则,建立了满足规则要求的车架CAD模型。为预测车架的可靠性,在Hyper Mesh中建立有限元模型,通过Opti Struct求解器求解计算,得到了车架自由模态结果及各工况下的应力和应变分布。为提高车架的力学性能并减轻重量,考虑多种工况对车架的破坏作用,运用DOE(Design Of Experiment)技术以轻量化为优化目标对车架尺寸进行了优化改进,优化后的车架实际应用情况表明该车架设计合理。     

某电动商用车车架轻量化改进

商用车车架是整车各总成以及零/部件的承载基体,而车架纵梁又是车架最主要的承重部件,为使商用车轻量化,从而满足市场对汽车低能耗、高效率的需求,以某电动商用车车架为研究对象,建立了车架有限元模型,采用结构设计的方法,对车架纵梁结构进行了重新设计。并对改进车架进行了尺寸优化设计,以车架纵梁和横梁的厚度为设计变量,以1阶模态频率、弯曲工况下加载点的最大位移和扭转工况下加载点的最大位移为约束条件,以车架质量最小为目标函数,对车架进行了尺寸优化。对传统车架和改进车架进行对比分析,分析结果表明,改进车架质量减少了174.40 kg(27.60%),在保证车架安全性能的同时实现了轻量化。     

基于多工况模式拓扑优化的车架设计

利用载荷模式与约束模式表达工况模式,从车架性能入手,利用ANSYS多工况拓扑优化功能,对车架的结构进行设计及优化。同时在静态弯曲和制动两种基本工况模式下,通过一体式抽象车架模型进行拓扑优化性能设计。用伪密度分布图将小密度区域切除,得到车架的基本构造模式。再经过车架在多种不同工况模式下的力学性能分析,循环改进,最终得到合理的车架构造。在满足车架强度、刚度的情况下,进行车架固有频率的控制和轻量化设计,以提高车架的整体性能和节省材料。     

电动客车车架设计及优化

对电动客车车架进行了结构设计,利用ANSYS Worbench按弯曲、扭转、制动、转弯等典型工况对车架进行了静力学分析;并利用ANSYS Worbench对车架进行模态分析和谐响应分析,以驱动电机的惯性力为激励,分析车架上驾驶室支架、车厢支架在其激励下的响应。最后根据分析结果,对车架进行优化设计,并分析验证。     

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。     

基于拓扑优化的龙门加工中心立柱轻量化设计

主要针对GSLM3308龙门加工中心的立柱结构展开研究,为提高立柱性能的同时实现轻量化设计,使用OptiStruct软件对立柱进行了拓扑优化。优化模型在静力工况下以柔度最小化为目标,以体积变化量为约束,优化后的模型增加了立柱刚度,同时质量减少了14%。表明利用有限元分析方法在产品设计前期进行一定的结构设计,能够提供较优的拓扑结构,从而提高产品的整体性能。     

基于拓扑优化方法的机器人机身轻量化设计

本文以某爬壁机器人机身为分析对象,对其进行强度分析,得出机身的应力云图,确认机身侧板有材料冗余,有必要对其进行轻量化设计。对机身侧板进行拓扑优化,再对其基于加工工艺的要求进行调整。优化结果显示:机身侧壁的质量减轻了68.776%,机身最大应力下降3.083%,优化结果很好地满足了机身可加工性与轻量化的要求。     

基于拓扑优化的飞机襟翼支架轻量化设计

以飞机襟翼支架为研究对象,基于最大刚度原则对飞机襟翼支架结构进行轻量化设计。选用AL2014-AREO材料,利用Inspire软件分别对不同优化目标下的不同形状控制方式进行拓扑优化计算,得到支架模型的最佳形状控制方案,将最优控制方案进行梯度拓扑优化,然后对梯度拓扑的最优结果进行几何重构和强度校核,得到最终优化模型。相对于初始模型实现了62.8%减重,且支架模型的应力、位移、安全系数都符合设计要求。该研究结果为飞机襟翼支架结构的轻量化设计提供了一种新的设计思路。     

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。     

基于拓扑优化方法的方程式赛车链轮轻量化设计

为了得到轻量化的方程式赛车链轮,将拓扑优化方法引入到链轮结构设计中,构建了轻量化优化设计的数学模型,并对链轮初始设计几何模型进行了3次减重的结构优化,得到质量减少49. 59%的链轮;最后,对优化后的模型进行了强度、安全系数和寿命的仿真校核与样件的加工制造,并装配集成到赛车上进行了物理实验。结果表明,优化设计的链轮满足工作要求。     

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。