悬置支架结构的有限元分析与拓扑优化设计

卡车驾驶室悬置支架是重要的连接构件之一,为了在产品设计阶段寻求最佳设计方案,利用通用有限元分析和优化软件Hyperworks7.0,以柔度为目标,以体积作为约束条件,结合零件的结构、约束、受力等特点,对驾驶室悬置支架进行了有限元分析和结构拓扑优化,并在优化基础上进行了二次设计.与传统设计支架相比,优化设计支架最大应力减小50.6%,质量减少14.6%.基于有限元法的结构分析和拓扑优化,能在产品开发阶段主动寻求最优方案,对提高产品质量、缩短设计周期有重要作用.     

混凝土搅拌运输车减速器的优化设计

通过对混凝土搅拌运输车减速器设计参数的分析,发现传统的设计方案虽然满足设计要求,但往往不是最佳的.现以混凝土搅拌运输车减速器体积最小为目标函数,确定设计变量和约束条件,建立起减速器优化设计数学模型;运用MATLAB优化工具箱fmincon函数编制出目标M文件和约束M文件,运行程序求解出最优设计参数;通过计算实例可以验证,其优化结果与传统设计所得结果相比,具有明显的优化效果.     

药物洗脱支架的力学性能分析与优化设计

药物洗脱支架(DES)由于其卓越的降低再狭窄能力,因而在经皮冠动脉治疗中得到了广泛应用,但也显现出一系列的问题。建立DES模型并进行结构优化从而改善支架结构是一种解决该系列问题的有效途径。文章使用UG软件建立优化后的MAC-J09-3.0支架模型。然后使用有限元分析软件ABAQUS和拓扑优化软件OptiStruct,对支架进行力学性能分析与挖槽设计。将优化后的三种支架进行受力分析与比较发现:通过挖槽设计和优化支撑筋的材料分布,既能增加支架的载药性能又保持了支架的支撑性能。     

以Altair inspire对育苗成型机纵封部支架的拓扑优化

纵封部是容器育苗成型机的关键部位,采用Altair inspire软件对其支架进行拓扑优化设计。将该支架模型导入Altair inspire软件进行有限元分析,并阐述了该软件优化的数学模型,优化求解支架的最大化刚度。通过拓扑优化,支架的质量减少了48.7%,最大位移减少了55.3%,达到了支架最大化刚度设计的目的,同时也为类似产品的优化设计提供了参考。     

飞机座舱减振降噪优化设计方法

基于变密度拓扑优化方法和声-结构耦合系统有限元模型,对四角固支箱体模拟的飞机座舱进行了减振降噪分析.通过数值模拟,对结构质量和刚度特性优化配置使结构的固有频率避开激振频率,从而避免共振.通过比较优化前后结构固有频率的变化和对声压的影响,验证了拓扑优化在结构减振降噪方面的可行性和有效性.这种方法对飞机座舱减振降噪设计具有一定的参考价值.     

基于ABAQUS的液压作动筒支座结构优化分析

本文基于ABAQUS有限元分析软件,建立了液压作动筒支座的有限元模型,通过静载分析得到优化前结构的应力分布情况.并通过拓扑优化手段,使得优化后的结构在满足强度、刚度及稳定性要求的前提下,质量最低,材料利用率最高.     

轻质材料微结构构型的拓扑优化设计

为了减轻结构的质量和降低成本,针对轻质材料,提出将整体的边界条件转化为微结构单胞的边界条件,建立微结构单胞的有限元模型,并运用变密度方法和优化准则法结合求解微结构单胞的拓扑优化问题.优化模型是在相应的体积约束条件下以变形能为目标获得最大刚度的微结构单胞.利用优化准则设计方法的计算公式,改变单元的相对密度值,小于阀值的单元进入下步迭代,如此反复,实现拓扑优化.采用适当的惩罚因子和阀值对迭代进行控制,提高了收敛的速度和精度,优化结果表明,该方法可以获得优化的微结构单胞,得到相同体积下最刚的多孔材料,降低了结构的重量和成本.     

摇臂探测车悬架多工况拓扑结构优化设计

为减轻探测车的悬架重量,保证足够大的刚度,基于变密度法对摇臂悬架进行了结构拓扑优化设计.对摇臂和摆杆的载荷工况和边界条件进行了简化,选取3种极限受载情况进行了准静力学分析,确定了优化时的各工况载荷.以最小柔度为目标函数,体积分数为约束条件,利用Hyperworks软件分别对摇臂和摆杆进行了多工况结构拓扑优化设计.依据体积分数为0.2的最优拓扑结构,并考虑探测车的几何通过性及悬架的工艺性要求,进行了摇臂和摆杆的结构设计.用MSC.Nastran软件对设计结果进行了有限元分析.结果表明,刚度和强度均满足设计要求,证明了悬架结构设计的合理性.     

ＦＳＡＥ赛车车架结构的拓扑优化设计

为提高ＦＳＡＥ赛车车架的力学性能并实现轻量化,对赛车车架进行了拓扑优化设计．首先, 对车队设计的初始车架进行强度和刚度分析．然后,根据车架的总体尺寸建立壳体ＣＡＤ模型,将 ＣＡＤ模型保存成ＰａｒａＳｏｌｉｄ格式,并将几何模型导入ＨｙｐｅｒＷｏｒｋｓ中,用户配置模块设置为Ｏｐｔｉ－ Ｓｔｒｕｃｔ,对几何模型进行几何清理、划分单元、分配材料属性,建立用于拓扑优化的有限元模型,进 行拓扑优化计算．根据拓扑结构,结合大赛规则和车架上各部件的装配要求设计出新车架．对新车 架进行有限元静力学分析,包括几种典型工况下的强度和刚度分析,新车架的分析结果验证了结构 设计的合理性,通过与初始车架分析结果相比较,表明了拓扑优化设计方法对赛车车架的设计具有 可行性和有效性．     

重型机床基础的参数优化

在保证重型机床基础刚度足够的前提下，应用结构优化技术，研究了以优化机床基础尺寸参数来降低机床基础浇注成本的问题。提出了二维和三维模型的机床基础优化参数及其优化方法，并用上述模型对不同负载和不同刚度情况下的机床基础进行了优化分析。应用非线性无约束的优化技术，结合有限元计算，得到良好的优化设计。     

直驱双摆角铣头支架的拓扑优化设计

以变密度法作为理论基础,运用ANSYS工具提供的结构拓扑优化模块,进行直驱双摆角铣头的关键零部件的连续体结构拓扑优化.然后根据拓扑优化结果对其进行结构的近似修改,再分析直到达到设计要求.在刚度基本保持不变情况下,优化后的体积比原设计体积大大减小.     

电动物流车车厢结构设计仿真分析

在某型号电动物流运输车设计中,以铝合金轻质材料取代钢材用于车厢骨架结构。根据汽车结构和行驶环境,建立满载、弯扭、加速、转弯、紧急制动共5种典型工况的边界条件,进行静态性能仿真和基本振动特性模态分析。在确定危险工况的基础上,利用尺寸优化实现车厢的轻量化设计,达到车厢减重12%的轻量化设计目标。进一步采用拓扑优化的方法改变车厢底骨架布置结构,获得了一种新型的满足刚度、轻量化要求的骨架结构分布方式。     

基于离散变量的双层网壳结构拓扑优化设计

以工程造价为目标函数,建立了包含截面、节点体积和拓扑三类变量的离散变量双层网壳结构拓扑优化数学模型,该模型考虑了截面变量与拓扑变量间的耦合关系,反映了拓扑优化问题的组合优化本质.同时采用相对差商法及有限元设计软件ALGOR对基于离散变量的双层空间网壳结构进行拓扑优化,并通过算例验证该优化方法的可行性和有效性.     

搅拌机幅频特性与有限元振动模态分析

目的 分析搅拌机系统的幅频特性与振动模态,研究混凝土搅拌机的结构强度与动刚度问题.方法 利用非线性振动理论、有限元理论和Lagrange方程,建立混凝土搅拌机系统动力学模型和运动微分方程,采用Runge-Kutta算法,利用计算机仿真,在一定的数值参数情况下,分析搅拌机系统的幅频特性,同时结合有限元分析软件,对搅拌机系统进行了振动模态分析.结果 分析结果表明,Runge-Kutta算法与有限元分析软件分析结果基本一致.搅拌机主要有6个比较重要的临界转速,15阶振动模态应该给予特别的关注.结论 从动力学的观点看,搅拌轴的刚度较大,结构尺寸尚有较大的减小幅度.分析结果对改进搅拌轴的结构尺寸能提供较大的参考价值.     

基于拓扑优化的金属反射镜设计及增材制造

为了满足金属反射镜高刚度、轻质化、非球面等实际使用需求,采用拓扑优化方法对金属反射镜镜体及支撑结构进行一体化设计.优化目标是结构柔度和一阶固有频率的加权叠加值最小化,约束函数是体积分数的上限.最终获得半封闭式支撑结构的反射镜构型.在完成几何提取和重建后,形成最终的CAD模型.借助COMOSL软件对该模型的静态刚度及固有频率进行分析,仿真分析结果显示此反射镜在重力工况下的最大RMS值为19 nm,一阶自然频率为1 705.2Hz.随后采用增材制造技术对该反射镜进行制备,验证了方法的有效性.     

考虑热机耦合的排气歧管多目标优化设计

为了研究温度及热应力分布对排气歧管的振动特性及疲劳寿命的影响,对汽油机排气歧管进行基于热机耦合的频率响应分析.研究发现,由于温度及热应力的不均匀分布会改变结构的刚度,热载荷的存在对传递函数峰值频率及应力幅值均产生了较大影响.热载荷与机械载荷耦合作用下的振动疲劳寿命较不考虑热载荷的振动疲劳寿命低42%,热机耦合在疲劳寿命分析中有着显著的作用,不可忽视.为了优化排气歧管的振动特性并延长其使用寿命,对排气歧管支架进行拓扑优化及多目标形貌优化.通过拓扑优化寻找最佳传力路径;在拓扑优化的基础上以提高排气歧管疲劳寿命为总目标,以提高危险频率段内的1、2、3、6阶固有频率为子目标,通过加权指数法建立目标函数,对支架进行多目标形貌优化确定加强筋位置.进行多目标优化后的排气歧管支架对提高排气歧管振动疲劳寿命效果明显,疲劳寿命较优化前增加了31.2%.     

过滤函数对应力约束连续体结构拓扑优化的影响分析

为了研究不同过滤函数对应力约束下连续体结构拓扑优化问题的影响,基于ICM(独立、连续、映射)方法,探究了过滤函数的意义及引入过程,并着重研究了单元质量、刚度和许用应力等3种幂函数形式的过滤函数在优化模型的建立与求解中的作用.通过数值试验,分析讨论了以上3种过滤函数对最优拓扑结构的影响.数值结果表明:在优化模型中,选择合理的过滤函数可以获得高效而理想的拓扑构型.     

ZY6400／21／45液压支架推杆的强度分析及结构优化

针对ZY6400／21／45液压支架推杆进行研究,在建模的基础上,对液压支架推杆的受力状况进行了有限元分析,从而得出了推杆的应力、位移、应变及安全系数的分布情况,进而对其结构进行了优化,为液压支架的设计和分析提供了理论依据．     

基于轻量化的发动机罩结构优化

以某SUV车型发动机罩为研究对象,通过结构优化设计与分析,开展发动机罩轻量化研究.在原有发动机罩结构的基础上,设计了竖型、W型和V型等3种不同结构的发动机罩,建立有限元模型,进行模态和刚度分析.比较分析这3种方案,得出V型结构的发动机罩在满足刚度要求的条件下,减重13.84％,为最佳方案.     

基于连续体拓扑优化的大型基座轻量化设计

拓扑优化设计能在给定约束和边界条件下,获得最优的材料布局。研究了连续体结构拓扑优化在大型基座轻量化设计中的应用。介绍了连续体拓扑优化原理,建立了拓扑优化的数学模型;对某大型经纬仪的基座进行连续体拓扑优化设计,获得基座的最优材料分布结果;以拓扑优化结果呈现的材料分布特征为依据,用空心方钢管构建桁架结构基座,完成轻量化基座的设计;对设计结果进行有限元分析,结果表明,轻量化基座与传统铸造结构基座相比,在保证静力载荷变形不变的情况下,可减重357.4kg,轻量化率为27.8%。