刚度和质量驱动的预紧组合框架式液压机多目标优化设计

为了满足液压机高刚度、轻量化的性能要求,提出刚度和质量驱动的液压机多目标优化设计方法。通过对98MN数控等温锻造液压机结构分析,抽取影响液压机刚度和质量的关键因素;运用正交试验设计方法进行试验,提取刚度和强度与关键因素之间的关系数据。采用一阶响应面建模方法建立上横梁、下横梁刚度和主要部件强度的数学模型,并用统计误差分析方法验证模型的有效性。根据部件结构,建立液压机整机质量的数学模型。进而建立以提高刚度和减轻质量为目标的液压机优化模型。运用非支配解排序遗传优化算法,对液压机上梁刚度与整机质量进行多目标优化,得到Pareto优化解集,可使98MN数控等温锻造液压机刚度提高5%、质量减轻10%。     

钢板热处理前标识设备支撑横梁的强度分析及优化设计

支撑横梁作为钢板热处理前标识设备的主要支撑部件,其强度、刚度和稳定性直接影响着标示效果。运用Pro/ENGINEER软件设计并建立了横梁结构的三维模型,根据支撑横梁的实际受力情况,设置相应的载荷和边界条件,建立起横梁基于ANSYS Workbench的有限元模型,对横梁进行了两种极限工况下的静强度分析和模态分析,计算出其最大变形、最大应力和前8阶模态频率,经校核横梁可以较好地满足强度要求。为了使横梁达到轻量化的目标,应用多目标优化及响应曲面相结合的方法,以质量轻和1阶固频高为优化目标,以强度、刚度要求为约束条件,完成了横梁结构的优化设计,结果表明:优化后的横梁结构依旧满足强度、刚度及稳定性要求,总质量降低了36.97%。     

基于ANSYS Workbench的蒸压砖机下横梁结构优化设计

随着计算机技术的发展,现代优化设计方法在工程中的应用日益广泛. 采用有限元分析软件ANSYS Workbench对蒸压砖机下横梁进行静力学分析,得到其应力应变云图,由云图可知下横梁的强度和刚度均符合要求. 在保证强度和刚度的前提下,以减少质量为目标,对下横梁进行结构优化. 优化结果表明,将下横梁减重10 .21%,其应力分布更加合理.     

吸附器封头开孔接管结构应力分析与优化设计

吸附器封头开孔接管结构在吸附工况下,由于几何不连续性会导致局部出现高应力集中,使得开孔区域成为吸附器强度失效破坏的危险部位,所以对吸附器封头开孔接管区域进行强度分析与优化设计具有重要工程意义。传统压力容器设计方法为了保证设备平稳运行,往往通过增加容器壁厚来满足强度要求,设计的容器壁厚较大,质量过重。利用ANSYS Workbench有限元软件,对吸附器封头开孔接管结构进行应力强度分析,建立相应优化模型,通过Workbench响应曲面多目标优化,结合遗传算法对封头开孔接管结构进行优化。以最大应力满足强度设计标准为约束,质量最小为优化目标,给出优化设计后结构尺寸及对应的封头接管质量和最大应力。结果发现,对于封头和接管过渡区出现的最大应力,通过优化封头壁厚、接管壁厚和封头曲面深度三个变量,能够使最大应力在满足强度要求条件下,封头壁厚从34 mm减至24 mm,接管壁厚从30 mm减至26.8 mm,封头整体质量从446.7 kg减至359.7 kg,封头质量减轻近20%,封头整体结构得到有效优化,生产成本明显降低。     

风电叶片表面打磨机结构设计与轻量化研究

为了对叶片表面打磨以进行后期处理,根据某一型号叶片设计了风电叶片表面打磨机。基于打磨机自身重力和打磨过程中的工作负载情况,利用Solid Works和ANSYS对打磨机进行强度分析、刚度分析和优化设计。通过灵敏度分析法和响应曲面分析法,在保证打磨机刚度的情况下,其质量可降低510 kg.结果表明:灵敏度分析法和响应曲面法是研究轻量化的有效途径。     

造波机中横梁结构有限元分析及优化设计

为了实现造波机中横梁结构轻量化,对其模型进行了有限元分析,分析结果显示其刚度和强度均有较大的裕量。基于结构强度分析结果,找出其受力薄弱环节,对横梁模型进行结构优化设计。优化结果表明:在保证许用变形量小于2mm、许用应力小于325Mpa的前提下,对横梁型钢、加强筋及局部进行优化,改进后横梁质量减轻17.8%,且应力分布更为均匀,很好的实现了"重量轻、性能好"的设计目标。此研究方法为横梁的设计及优化提供了依据,具有实用价值。     

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。     

基于响应面法的活动横梁动静态特性多目标优化

为了满足300MN液压机活动横梁在具有高的动态特性的基础上,还使结构具有轻量化的要求,提出一种基于响应面法的动静态特性多目标优化方法。首先采用中心组合试验设计方法(CCD)得到样本试验点和各试验点的试验数据,采用二阶响应面建模的方法建立活动横梁各性能指标的响应面数学模型。将活动横梁的最低固有频率和活动横梁的整体质量作为目标函数,最大应力为约束函数,结合响应面模型,采用Shifted Hammersley序列抽样技术和权衡函数结合的遗传算法对活动横梁进行多目标优化,得到Pareto的优化解集,经过优化可使活动横梁的质量减轻12.2%,固有频率增加27.22%,使活动横梁在具有高的动静态特性的基础上还具有轻量化。     

基于Ansys Wrokbench的冷滚打设备主梁优化设计

根据冷滚打成形原理设计开发了冷滚打实验设备,运用Ansys Workbench进行参数化建模,对在滚打过程中有着承重和定位的作用的主梁进行静力学分析和模态分析,确定主梁的动静刚度是否能满足滚打过程中极限工况的要求;运用Ansys Workbench中的目标驱动优化(GDO)模块以质量最小为目标函数,对主梁进行拓扑和尺寸优化,在满足加工要求的前提下,优化改进后的滚打设备质量减少了20.4%。     

汽车排气系统吊耳动刚度的响应曲面优化

以某排气系统为对象,通过有限元分析,考虑吊耳静变形、静拉力,传递到车底板的垂向动态反力极值为优化目标,进行了吊耳动刚度的多目标优化。通过响应曲面法,借助满意度函数将多目标转化为单目标进行优化,选取最佳刚度组合,在满足所要求的疲劳耐久性能的同时使通过吊耳传递到车底板的动态反力尽可能小。此研究对吊耳的动刚度选取有一定参考意义。     

基于多学科优化的岸边集装箱起重机小车架轻量化研究

从模态、刚度、强度等方面出发,对岸边集装箱起重机小车架的轻量化进行了系统研究。首先创建小车架的有限元模型,利用优化拉丁超立方实验设计方法进行灵敏度分析。根据灵敏度分析结果筛选出对模态、刚度、强度、质量较敏感的18个变量,并构建4阶响应面近似模型,在此模型的基础上采用多岛遗传算法进行全局优化。优化结果表明:在保证刚度、强度、模态满足规范要求的前提下,质量降低了20.41%,优化效果明显,达到了轻量化的目的。     

基于正交试验的潜水器耐压壳体的结构优化设计

潜水器的质量大小直接影响其性能,设计时要求潜水器在满足强度、刚度等要求的前提下,要尽可能减小其质量。应用正交试验的方法来实现潜水器耐压壳体结构的优化,但用正交试验方法处理约束问题比较复杂。因此将以质量最小化为目标和以强度要求为约束条件的优化设计问题转化为无约束多目标的优化设计问题。得出各个参数对壳体的强度和质量的影响规律,最后运用综合平衡法得出最优的设计方案。     

分层式汽车保险杠设计的可靠性分析

本文主要介绍了在汽车保险杠设计中,需要注意保险杠的横梁强度、骨架刚度和保险杠系统始终在弹性变形范围内的三点可靠性,以及对所设计的分层式保险杠进行了可靠性仿真与水平试验台碰撞实验,对比模型仿真实验与水平试验台碰撞实验,得出分层吸能式保险杠的强度和刚度具有较理想的可靠性,满足实际要求且保险杠系统始终在弹性变型范围内。     

基于遗传算法的汽车驱动轴多目标轻量化优化设计

驱动轴是汽车传动系统的重要零部件之一,它对汽车驱动性能和运行稳定性有重大影响。依据汽车轻量化技术的发展趋势,提出了一种基于数值优化和有限元模拟技术相结合的多目标轻量化设计方法。以汽车驱动轴的内径值为设计参数,在满足驱动轴刚度和强度约束条件下,利用拉丁方试验设计和最小二乘方法建立了驱动轴多目标轻量化设计的响应面预测模型,并采用多目标遗传算法计算得到了驱动轴多目标轻量化设计函数的Pareto解集,结合实际产品设计的需要,研发了一种新型全空心驱动轴结构,运用有限元法对新型驱动轴的模态振型和等效应力等力学特性进行了分析。仿真结果表明:新型驱动轴等效应力最大值发生在花键末端圆角过渡部位,低于驱动轴材料的抗扭强度,满足强度设计要求;驱动轴的前10阶非零振型主要为弯曲变形,新型驱动轴固有频率与实心驱动轴固有频率相近,在使用过程中可有效避免共振。为驱动轴以及其它机械产品的多目标轻量化设计提供了一种新的理论方法,在汽车行业轻量化设计方面具有重要参考价值。     

基于代理模型的低速电动车车架多目标优化

为进行低速电动车车架的轻量化研究,采用有限元分析软件HyperMesh建立低速电动车车架有限元模型,并进行模态、强度和弯扭刚度分析。结合径向基神经网络(RBF)代理模型和粒子群优化算法,综合考虑质量、模态、强度和弯扭刚度等性能指标,对低速电动车车架进行轻量化多目标优化。结果表明,低速电动车车架质量降低了27.6 kg,同时其1阶模态频率、强度和弯扭刚度均满足设计要求,取得了较好的轻量化效果。     

基于稳健性多目标优化的微客尾门轻量化设计

针对微客尾门结构的轻量化设计问题,提出了一种基于稳健性多目标优化的尾门轻量化设计方法。首先通过灵敏度分析方法筛选出了对尾门性能贡献量较大的尾门零件厚度作为设计变量,并建立了尾门各个工况响应的近似模型,其次以尾门扭转刚度、下垂刚度、尾门前三阶模态频率和抗凹分析点为约束条件,以尾门质量最小和第一阶模态频率最大和弯曲刚度位移量最小为目标,利用NSGA-Ⅱ算法对尾门进行了多目标优化,通过蒙特卡洛模拟技术对尾门进行了6σ质量水平和可靠度分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。最终结果表明:优化设计后尾门结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻了2.28 kg,且弯曲刚度和第一阶模态得到提高;同时尾门结构各工况性能的稳健性也得到改善,达到6σ质量水平。     

基于稳健性和多目标优化的车顶结构轻量化设计研究

针对国内外顶结构轻量化的研究多是单目标优化,且没有考虑不确定性因素影响的问题,提出了一种基于多目标优化和6σ稳健性设计的车顶结构轻量化设计方法。通过参数试验设计进行了灵敏度分析,筛选出了对车顶响应贡献量较大的结构件厚度作为设计变量;采用最优拉丁超立方设计和响应面法建立了车顶各响应的近似模型;以设计变量总质量、覆雪强度、抗凹性能为优化目标,前三阶模态频率为约束条件,基于近似模型,运用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了确定性多目标优化,得到确定性多目标优化结果;运用蒙特卡洛模拟技术对确定性多目标优化结果进行了6σ质量分析,并进行了6σ稳健性多目标优化。优化结果表明,车顶结构在满足各性能要求的情况下实现了轻量化,质量减轻3.77 kg,且覆雪强度提高,同时车顶结构各工况性能的稳健性提高,达到6σ质量水平。     

基于响应面和遗传算法的立柱多目标优化设计

由于盘形滚刀试验台立柱的刚度及内部结构布局存在着不足,严重影响了试验台整体的刚度特性,为此利用ANSYS对其进行了基于响应面和遗传算法的多目标优化;确定了优化的三要素:设计变量、约束条件、目标函数;提取相关灵敏度、响应曲面等,给出了3组最优集及之间的均衡解。结果表明:优化后立柱在X、Y、Z方向的位移和总位移的最大值分别降低了32.8%、34.3%、38%和33%。该项研究为立柱的设计提供了一种有效的方法,具有一定的实际工程借鉴价值。     

基于ANSYS的梳齿塔库提升平台结构优化设计

根据梳齿塔库提升平台的需求,建立三维实体模型,利用有限元分析软件ANSYS Workbench对提升平台进行静力学分析,分析结果显示其强度和刚度均满足设计指标要求。基于建立的提升平台模型,以梳齿结构为优化对象,构建Kriging响应面模型,运用多目标遗传算法获得Pare to前沿解集,进而得到优化的梳齿结构并进行偏载工况验证。验证结果表明,有限元仿真分析、响应面模型和多目标优化算法的结合应用,能够保证提升平台在满足强度和刚度的情况,快速确定关键受力构件的合理结构尺寸,实现提升平台的轻量化设计,降低制造成本。     

轻型客车后桥支撑结构设计及轻量化

为满足电动汽车安全和轻量化的设计需求,设计了由底盘纵梁、横梁和板簧支座相互榫接的一种框架式整体受力铝合金后桥支撑结构。通过静载试验,分析其结构强度和刚度,同时联合HyperWorks和ANSYS Workbench有限元软件建立该结构的有限元模型,并将试验结果与仿真结果对比,校核仿真模型。通过静态有限元分析,得到该结构在几种极限工况下的应力和变形云图,并根据分析结果,提出了该结构的轻量化设计方案。本次优化结果表明,在保证后桥支撑结构刚度和强度的同时,其质量减轻1.92kg,有效节省生产成本,简化工艺流程,为实际设计与制造提供了较好的参考。