基于RecurDyn和ANSYS的电动农用车悬挂机构优化设计

电动农用车悬挂机构存在设计冗余的问题,为了对悬挂的上臂机构进行优化,建立了悬挂机构刚柔耦合模型,通过多体动力学仿真,确定了上臂机构各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单变量静力学仿真试验,建立了上臂机构最大等效应力与四个结构参数之间的单变量数值拟合模型,通过正交仿真试验,建立了最大等效应力与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型,并将仿真值和数值模型计算值进行了比较,验证了模型的可靠性,同时,利用同种方法建立了悬挂上臂质量与四个结构参数之间的多变量数值拟合模型。最后,以最大等效应力最小值和质量最小值为优化目标,利用遗传算法进行优化,获得了最优设计参数。优化结果表明:优化后的上臂机构具有相对更小的质量和更大的强度,结构更加合理,该方法可为其他设计提供参考。     

基于粒子群算法的预挤压组合凹模优化设计

针对射孔弹壳体预挤压组合凹模,以降低凹模内壁最大等效应力为优化目标,对组合凹模结构参数进行了优化分析,得到了最佳径向直径比和过盈系数,为组合凹模的设计提供了定量优化的依据.采用拉丁超立方方法,对组合凹模的径向直径比和过盈系数进行抽样,结合数值模拟试验,建立等效应力与组合凹模结构参数的Kriging模型.在此基础上,应用Kriging模型结合粒子群算法,在结构参数的变量空间内进行全局寻优,得到优化的组合凹模结构尺寸.     

重载物流AGV机器人悬架结构优化设计

为提高重载物流AGV机器人的路面适应能力,设计适合物流仓储车间的AGV移动系统。为该系统构建纵臂式独立悬架,具有调节机构以改变减振器角度和纵臂长度。基于简化的悬架系统支架模型,进行静力学特性分析;构建以支架不同尺寸参数为变量,以结构质量为目标函数,以最大变形量和最大等效应力为约束条件的优化数学模型,采用受控精英多目标遗传算法对设计变量进行优化。校核优化后结构强度和刚度满足使用要求,证明了结构优化的合理性,实现了构件精益制造,提高了材料的利用率。     

基于灵敏度分析的工业机器人动态优化设计

建立了6自由度工业机器人的有限元模型,通过对该有限元模型进行模态分析和谐响应分析,得到模态参数、振动位移和应力云图,确定了影响工业机器人动态性能的关键模态频率和薄弱环节应力,并以此作为优化目标,对主要结构参数进行灵敏度分析,得到对频率和应力敏感而对质量影响不大的结构参数,从而确定工业机器人动态优化的设计变量。最后,以灵敏度分析得到的结构参数为设计变量进行优化设计,得出了最优方案。分析表明,经过该动态优化方法,工业机器人质量仅增加0.3%,薄弱环节最大等效应力降低了22.8%,一阶固有频率增长了8.5%,保证质量基本不变的前提下,改善工业机器人结构的动态特性和力学性能,为工业机器人动态优化设计提供理论依据。     

基于正交设计和灰色关联的硅通孔互连结构随机振动优化设计

建立了硅通孔（TSV,through silicon vias）互连结构三维有限元分析模型,对该模型进行了随机振动分析.以TSV互连结构的最大等效应力、最大等效应变、一阶固有频率、二阶固有频率为目标函数,选取TSV高度、TSV直径、微凸点高度和微凸点直径四个结构参数为设计变量进行多目标正交优化设计,结合灰色关联分析法获得了优化设计的最优参数组合,使TSV互连结构的最大等效应力降低4.59%,最大等效应变降低22.56%,并且一阶固有频率增加了4.91%,二阶固有频率增加了4.46%.研究表明,可以将正交试验法与灰色关联分析法相结合应用于TSV互连结构优化设计,对提高TSV互连结构在随机振动条件下的综合性能具有较高的实用性.     

基于改进粒子群优化的四杆机构运动轨迹误差研究

平面四杆机构在运动过程中,横向和纵向运动轨迹产生误差较大,很难适应高精度的需要。对此,文章采用了改进粒子群优化算法对平面四杆机构几何参数进行多目标优化,提高横向和纵向运动轨迹精度值。引用平面直角坐标系创建四杆机构简图模型,分析了四杆机构运动的几何参数。构造多目标优化函数,采用改进粒子群优化算法对四杆机构几何参数变量进行优化。通过MATLAB软件对优化后四杆机构几何参数进行误差仿真,与优化前误差仿真结果形成对比。仿真曲线显示:优化前后相对误差分别减少33.3%和41.2%。采用改进粒子群优化平面四杆机构几何参数,四杆机构运动精度得到了很大提高。     

3D封装微尺度CSP焊点随机振动应力应变分析

基于ANSYS软件建立了3D芯片尺寸封装有限元模型,对模型中微尺度CSP焊点在随机振动载荷条件下进行有限元分析,获得了CSP焊点应力应变分布情况;分析了不同焊点材料、焊盘直径和焊点体积对应力应变的影响;并以焊点体积、焊点高度、焊盘直径为设计参数,以随机振动条件下CSP焊点应力值作为目标值,设计17组试验仿真计算,采用响应曲面法对17组应力值与微尺度CSP焊点形态参数间关系进行拟合,结合遗传算法对拟合函数进行优化.结果表明,随机振动环境下应力值最小的CSP焊点组合参数为焊点最大径向尺寸0.093 mm、焊点高度0.077 mm、焊盘半径0.068 mm,并对最优组合参数仿真验证,最优组合仿真结果优于17组试验仿真结果,实现了随机振动环境下微尺度CSP焊点的结构优化.     

响应曲面法优化气体淬火过程中的工艺参数

以轴对称问题气体淬火过程为研究对象,提出了阶段换热系数模型,进行了五因子三水平Box-Behnken实验设计．根据实验设计结果,将设计的变量水平代入本文开发的淬火过程有限元分析软件进行计算,用逐步回归法和响应曲面方法对实验结果进行拟合,建立了拟合变形程度、表面单元平均等效残余应力、等效残余应力标准差、平均表面硬度和表面硬度标准差的响应曲面公式．以变形程度为目标,建立了相应的优化目标函数,用Lagrange乘子法对优化目标函数进行了带上下限及约束函数的非线性优化．优化后,五项目标中的四项得到了有利的结果,使用优化后工艺参数进行气体淬火,可以提高零件的淬火质量．     

基于单轴拉伸试验、模拟及优化方法的材料本构识别

基于材料单轴拉伸试验及与其有限元模拟的结果的对比,采用优化方法对材料本构模型参数进行识别。假定材料的应力应变关系可以用Ludwick型本构模型来拟合,以材料单轴拉伸试验拉伸载荷-位移关系曲线与有限元数值模拟得到的拉伸载荷-位移曲线的差值的绝对值作为目标函数,以材料本构参数为设计变量,建立了材料本构参数识别优化模型。采用多目标粒子群算法,通过使目标函数极小化来识别材料本构参数。以Q235钢为例,获得了拉伸试验试件颈缩后的真应力与真应变的本构关系,验证了该方法的有效性。     

多楔带轮旋压工艺参数优化研究

针对多楔带轮旋压过程中成形质量较差和旋轮寿命较低的问题,以东安513型发动机多楔带轮为研究对象,基于Deform平台对冷轧钢板08Al多楔带轮成形过程进行数值仿真,通过筛选旋压工艺参数,确定设计变量,并分析主轴转速、旋轮进给速度和旋轮半径对毛坯等效应力、旋轮成形载荷的影响;基于Design-Expert软件对旋压过程的各设计变量以多目标遗传优化算法进行优化设计,并通过试验验证了有限元仿真的可靠性。经过优化后,成形后的带轮等效应力减少了39 MPa,旋轮所受成形载荷减小了10.64%。     

基于正交试验工程车辆油气悬挂优化设计建模分析

油气悬挂因为结构简单且具有良好的非线性变刚度和变阻尼特性,其应用非常广泛。根据单气室油气悬挂的结构特点对其进行参数化,利用四分之一车辆振动系统进行试验设计分析,确定对车辆振动性能影响最大的结构参数和结构参数之间的组合;进行结构性能参数优化分析,分析车辆振动性能达到最优时,结构参数的分布情况和分布规律。利用正交试验法对油气悬挂设计参数进行优化,同时结合油气悬挂数学模型,提出利用活塞和阻尼孔与活塞杆直径之比、单向阀当量直径与阻尼孔直径之比等3个参数来简化设计过程。分析油气悬挂参数对车辆行驶平顺性和操作安全性的影响趋势和以影响程度为衡量标准的影响顺序,从而确定主要因素和相对次要因素,对油气悬挂进行参数优化。从分析结果可知:悬架的初始位置对油气悬挂性能影响最大,其次为活塞与活塞杆直径之比;设计变量对目标的影响大小依次为:x_0λ_1τ_2τ_1d;在悬挂设计过程中,λ_1与τ_1能取值使得目标函数值达到最小,d与τ_2则需要在其对目标函数的影响趋势下根据实际约束条件选取;优化后,系统性能有较大改善。     

不锈钢连续多弯导管数控弯曲成形数值仿真与工艺优化

针对0Cr18Ni9不锈钢连续多弯导管在实际生产中成形质量差、尺寸精度低的问题,采用数控弯曲成形数值仿真的方法优化工艺参数,提高产品的成形质量。基于有限元仿真平台,建立管材数控弯曲成形、抽芯及回弹的三维有限元模型,并通过仿真与试验结果的对比验证模型的准确性。由于连续多弯导管由多个弯曲段组成,首先研究各个弯头成形过程中的关键工艺参数对成形结果的影响,对工艺参数组合进行优化,基于此进行连续多弯导管成形仿真。结果表明：简单采用各个单弯管件的最优工艺参数的组合进行连续多弯导管的成形并不能得到合格的管件,通过调整前后两次弯制的弯曲角度组合,补偿两个弯头之间的应力干涉对成形精度的影响,获得了成形质量满足要求的合格产品。     

基于QForm的锥形轴径向锻造数值仿真

为了获得力学性能优良的锥形轴零件,分析了其径向锻造原理及工艺。运用有限元分析软件QForm建立了锥形轴径向锻造数值仿真模型,对径向锻造过程中的等效应力、等效塑性应变及不同转速、进给速度及摩擦系数对其最大等效应力、最大等效应变的影响进行了仿真。结果表明:随着转速增加,最大等效应力、应变逐渐减小;随着进给速度、摩擦系数增加,最大等效应力、应变都逐渐增加。     

某型号内燃机活塞结构拓扑优化及实验验证

提出了基于拓扑优化的活塞结构设计方法,建立了以材料密度为设计变量、以位移和最大等效应力为约束条件、以质量最轻为优化目标的活塞结构拓扑优化模型。提出了基于有限元的敏度分析方法,并从应力、应变等方面对活塞进行优化前后的对比。结果表明,优化后的活塞质量减轻了6.2%,活塞的热机耦合应力最大值下降了3.45%,但是对应的位移几乎没有发生变化,最后通过实验验证了该模型的合理性,具有一定的工程实用价值。     

汽车B柱加强板热冲压工艺的遗传算法多目标优化

为了提高汽车B柱加强板热冲压件的厚度均匀性,提出了非支配排序遗传算法的工艺参数多目标优化方法。分析了B柱加强板的热冲压过程,选择板料加热温度、冲压速度、摩擦系数和模具间隙作为优化参数。以减小最大减薄率和最大增厚率作为优化目标,建立多目标优化模型。使用最优拉丁超立方抽样法在优化空间内设计实验点,并依据Autoform有限元软件得到实验值。基于BP神经网络拟合工艺参数与质量参数之间的关系,并依据预测均方根误差验证了拟合的精确性。使用非支配排序遗传算法搜索多个优化目标的Pareto前沿解。经生产验证,与厂家工艺相比,优化后的热冲压件最大减薄率减小了22.25%,最大增厚率减小了7.34%,说明优化后冲压件的质量得到了提高;且优化后最大减薄率和最大增厚率的标准差均减小,说明优化工艺的生产稳定性更好。     

基于LS-DYNA的碗形砂轮端面磨削加工的三维仿真研究

利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,对碗形砂轮端面磨削加工过程进行研究。建立了单颗磨粒磨削有限元模型和材料本构模型,仿真分析得到等效应力、等效应变的变化规律,以及砂轮线速度对磨削应力、磨削力强度的影响规律。为端面磨削加工机理的研究和磨削工艺参数优化,提供了高效的方法和理论依据。     

采用响应面法的圆盘造球机可靠性优化设计

为提高圆盘造球机的工作性能,提出一种对盘体进行轻量化优化思路。利用ANSYS Workbench对造球机的盘体进行静刚度和强度校核,通过灵敏度分析得到影响其质量和最大等效应力的关键参数,借助二次响应面法对盘体进行轻量化优化设计,并建立考虑质量和最大等效应力的可靠性计算模型,运用六西格玛设计准则得到其质量和最大等效应力的概率分布,得出优化前后盘体的可靠度。对优化前后的盘体结构进行比较,其结果表明:在最大等效应力降低10.88%,薄弱方向部位静刚度提升10.56%的同时,其质量下降16.35%,这既达到了轻量化的目的,又提升了其静刚度和强度,并且其可靠度提高了7%,使造球机的性能得到了改善,为其优化设计提供了理论依据和参考。     

基于等效平面法的切削仿真方法研究及优化

基于等效平面的方法使用二维正交切削仿真的结果来代替三维斜角切削仿真的应力场和温度场，以便节省模拟时间和成本。针对等效平面法存在一定的误差的问题，在分析误差产生原因的基础上，在温度场方面对等效平面法进行优化，并将其应用到铣削仿真中。首先，建立了等效平面刀具参数与主截面刀具参数之间的转换模型；同时，也对工件的重要参数，如切削厚度、基体厚度、比热和摩擦系数进行了等效处理；最后，通过建立仿真模型进行对比分析，发现基于优化的等效平面法建立的二维切削模型有效地减小了二维模型与三维模型的仿真结果之间的误差，其中，刀具与工件接触区域的最大温度误差从9.63%降低到了0.29%,工件基体的温度分布也得到了显著改善。因此，优化的等效平面法可以有效地减小仿真误差。     

基于正交实验法的柔性平行四杆机构类型与尺寸综合分析

柔性平行四杆机构被广泛应用于精密传动机构中,为了深入研究具有最优机构综合的柔性平行四杆机构,首先利用Solid Works对基于直梁型、正圆型和椭圆型3种柔顺铰链设计的柔性平行四杆机构进行建模,后利用ANSYS Workbench对3种柔性平行四杆机构进行了相关的比较分析,得出在同种变形情况下利用正圆型柔顺铰链设计的四杆机构具有最小的最大应力值。然后利用正交实验设计方法设计了一个三因素三水平的正交实验表,通过分析得出同种变形条件下基于正圆型柔顺铰链设计的平行四杆机构尺寸三因素的最佳组合设计,同时采用追加试验的方法验证了正交试验的可行性。接着利用SAS软件对正交试验表中的相关数据进行了多元线性回归分析,由此建立了最大应力值与三因素之间的数学模型,并利用该数学模型验算了最大应力值。最后,将ANSYS Workbench分析得到的最大应力值与SAS软件拟合模型通过计算得到的相关数值进行了误差分析,并通过计算得知两者间的平均误差不超过0.88%,从而验证了该模型具有较高的可靠性。采用的正交试验分析方法及SAS软件分析的思路对柔顺机构的设计及分析提供了一定的参考。     

基于ANSYS Workbench的八连杆压力机刚柔耦合模型动力学分析

为考虑压力机柔性体部件对机械运动的影响,以八连杆压力机的传动机构为研究对象,使用Pro/E软件对八连杆传动机构进行参数化实体建模,分别应用ANSYS Workbench软件中的Rigid Dynamic模块及Transient Structural模块,在对八连杆压力机的传动机构做刚体运动学仿真的基础上,进行该传动机构的刚柔耦合动力学分析,得到压力机传动机构的运动特性曲线和等效应力曲线及分布图。结果显示,主拉杆最大等效应力高于材料许用应力,将下轴孔尺寸优化为69 mm后,最大等效应力大大降低,符合主拉杆强度要求。这种方法实现了在同一软件平台中进行刚体运动学和刚柔耦合动力学仿真分析,通过两者比较可得出,刚柔耦合模型更能反映出机构的真实运动情况。