土压平衡盾构刀盘的力学分析及优化设计

为了提高南京地铁某型土压平衡盾构刀盘的刚度、强度,使用有限元分析软件对其进行静力学分析和疲劳使用寿命分析,得到了刀盘结构的等效应力、位移量和使用寿命云图,确定该型刀盘强度最薄弱的部位在牛腿和法兰盘连接处牛腿边缘。基于模糊逻辑的多目标遗传算法,对刀盘的面板结构尺寸参数进行优化,增加了刀盘面板的开口面积,优化后刀盘的整体力学性能有明显的提升,实现盾构刀盘的优化目标,为盾构刀盘结构优化设计提供方法。     

水下卡箍连接器金属密封圈结构优化

水下卡箍连接器金属密封圈的结构对密封性能影响很大。为得到最优的密封圈结构尺寸,通过有限元静力学分析及优化模块,分析金属密封圈所受的接触应力与结构参数之间的关系。结构优化以法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度为设计变量,最大接触应力和最小法兰轴向力为目标函数,密封圈最大等效应力为约束变量,建立水下卡箍连接器的多目标优化模型,并使用响应面方法对其进行优化,得到多目标优化下密封圈最佳的尺寸组合。结果表明:在法兰锥面倾角、密封圈圆弧半径、半宽度、边缘厚度4个参数中,法兰锥面倾角对密封圈所需轴向力影响最大,角度越小,密封圈所需要的轴向力越小;优化后的密封圈在同样接触应力时,最大等效应力降低7.7%,法兰轴向力降低37.3%。可见在密封相同压力下,优化后密封圈需要的轴向力更小,因而使用寿命更长。     

基于Simulation的绝缘子胶装结构强度影响因素研究

对于间隙配合粘接式复合绝缘子,胶装区域为试验中最易失效结构。文中以空心复合绝缘子胶装结构强度为研究对象,通过SolidWorks Simulation方程式对称建模、接合面组接触方式、虚拟固定、局部网格控制等仿真手段研究法兰设计对产品胶装结构强度的影响。首先通过典型产品的抗弯试验结果,校核、调整Simulation仿真设计模型,当两者偏差度不大于5%时,判定仿真结果具有较高的参考价值。在此基础上,通过控制变量法研究法兰外型结构尺寸(含法兰盘外径、法兰盘厚度、加强筋数量、加强筋厚度、法兰管外径)与胶装间隙对胶装结构强度的影响。研究结果表明:在法兰设计达到最低安全系数的基础上,法兰外型结构尺寸的增加会有效提高法兰的安全系数,但对胶装结构强度的影响较小可以忽略。同时,仿真及实际测试结果均表明胶装间隙的增加会明显降低胶装结构强度,当胶装间隙为0.25 mm时产品具有相对较优的抗弯强度。     

大型随动曲轴磨床砂轮法兰CAE优化设计

结合大型随动曲轴磨床砂轮法兰设计,介绍了利用CAE进行分析和优化设计的方案。通过采用有限元分析仿真软件ABAQUS对砂轮法兰进行有限元仿真计算,分析了大型随动曲轴磨床砂轮法兰盘在不同设计厚度下的应力分布,从而优化了设计方案,得出最佳设计参数。实现了大型随动曲轴磨床砂轮法兰的轻化设计,满足了砂轮法兰的刚性要求。     

基于响应面法的双楔角环垫螺栓法兰接头多目标优化研究

双楔角环垫螺栓法兰接头作为一种新型自紧式密封结构,不仅密封性能稳定可靠,而且法兰结构紧凑、重量更小,可以节省大量材料。将有限元法和最优化方法结合起来,可以很好地实现双楔角环垫螺栓法兰接头的多目标优化设计。采用正交试验设计和响应面法来确定法兰结构参数的几何尺寸组合,利用大型有限元分析软件Abaqus对法兰不同结构参数进行建模计算,并拟合响应面模型,然后通过MATLAB优化设计方法,得到法兰最优尺寸参数。计算结果表明,优化后的双楔角环垫主面最大接触压力增加26.5%,双楔角环垫从面最大接触压力增加11.2%,法兰重量减轻31%。     

基于结构可靠性的控制臂轻量化设计

通过对某轿车控制臂的原模型刚度和强度进行有限元分析,基于结构可靠性要求,以控制臂本体截面尺寸为设计变量,以总体积最小为优化目标,建立控制臂的轻量化设计模型。应用OptiStruct软件进行尺寸优化分析,最终得到满足结构可靠性要求的轻量化设计方案。     

基于Pro/E的真空挤出机机头CAD/CAE/CAM一体化研究

针对真空挤出机机头在法兰处易开裂损坏的问题，提出一种基于整个设计流程的模拟仿真方法。该方法利用Pro/Engineer软件实现对真空挤出机机头的3D模型建立、力学性能分析以及机械强度计算，通过迭代计算、优化模型、仿真加工、代码输出，以及输入数控机床进行加工，使机头经过最初CAD设计阶段，CAE力学性能分析，关键尺寸优化，CAM仿真加工，输出代码到数控机床加工等一整套流程，提高了真空挤出机机头的机械结构强度，解决法兰裂纹损伤的问题，并为机头的设计分析和制造提供了参考依据。     

柱壳结构螺栓法兰连接非线性刚度分析

螺栓法兰装配的柱壳连接结构主要由壳体承载压缩载荷,而由螺栓-法兰结构承载拉伸载荷.当拉伸载荷大于临界值时,法兰盘接触面出现压力零域,即发生局部接触分离进而造成连接刚度损失,令螺栓-法兰连接结构呈轴向刚度非线性特征.为揭示预紧力作用下结构参数对此非线性刚度的影响,基于弹性薄壳理论和Couchaux改进梁理论构造了法兰盘与柱壳的变形协调机制,建立此连接结构的理论模型.经与有限元模型对比,此理论模型能正确预测螺栓法兰连接结构分离阶段初始刚度及表征分离阶段的刚度非线性变化.在此模型基础上,进一步研究了螺栓预紧力、装配位置、法兰盘厚度等参数对螺栓法兰连接结构分离条件、分离行为及分离阶段非线性刚度的影响,获得了分离临界载荷随设计参数的变化趋势.     

基于拓扑理论的连接法兰结构优化设计

基于OptiStruct拓扑优化的理论和方法,建立了某机动平台的重要传动构件连接法兰结构简化后的拓扑优化有限元模型,得到了扭矩作用下的法兰最优材料分布结构形式,并对优化前后的法兰进行了静强度计算和对比分析。研究结果表明,优化后的法兰结构质量较优化前减轻了近20%,且结构强度满足设计要求;同时,验证了法兰拓扑优化数学模型的正确性以及将拓扑优化引入法兰结构设计这一思想的可行性,为法兰以及机动平台的轻量化设计提供了可行性参考。     

管片拼装机托轮式支承机构的优化设计

针对管片拼装机轴承式支承结构存在的不足,提出了托轮式支承结构设计新方案。并利用ANSYS软件,建立了支承托轮的有限元分析力学模型,合理模拟管片拼装机支承托轮的边界条件和受力状况。对托轮的等效应力云图、变形云图、应变云图进行分析,根据分析结果与理论值进行比较,验证了该结构能够满足使用要求。从而有效地解决了轴承式支承结构尺寸较大,不便于维护等问题,提高了设计制造的效率,并为托轮的进一步优化设计提供了理论依据。     

电动汽车动力电池包结构设计分析研究进展

动力电池包是电动汽车的核心模块之一,有严格的安全性和轻量化的要求,必须通过规范的结构分析和优化来实现.简述动力电池包发展现状、总装结构设计要点以及结构设计流程,总结其结构动力学分析和温度场仿真模拟的研究进展,明确指出建立精细化有限元模型、进行温度场模拟的电池包动力学性能分析与结构优化是进一步提高电池包研发水平的重要方向...     

基于碰撞安全性汽车前防撞梁总成轻量化设计

前防撞总成是汽车正面碰撞时最重要的承载件,起到吸收能量和保护乘员的作用,也是轻量化设计的重要结构。根据前防撞梁总成的结构特点,选取横梁和吸能盒作为研究对象,选择材料、厚度、截面形式等方面进行轻量化方案设计,选择最大加速度、侵入量、能量吸收和单位质量承载力等作为优化设计目标,对不同结构的零件进行优化设计。并对优化设计前后总成的性能进行对比分析,选择正面100%重叠工况和40%偏置碰撞工况进行对比分析,获取加速度、承载力等变化曲线。结果可知:优化设计后横梁材料DP980D+Z,厚度1.3mm;吸能盒的截面形式为十字形、无设计倾角,材料则选择高强钢DP780D+Z,厚度为1.6mm;轻量化后总成的加速度、侵入量、最大承载力均无明显变化,变化趋势基本一致;最大侵入量满足设计要求,最大承载力与实际值偏差为2.3%,满足要求;表明总成轻量化设计方案的可行性,为实际应用提供参考依据。     

基于拓扑优化和Kriging模型的前中盾结构轻量化设计

前中盾是盾构机的重要部件,其结构尺寸大、服役环境复杂,因此,在保证结构强度的前提下进行轻量化设计至关重要。针对某型号泥水平衡盾构机的前中盾,通过拓扑优化和尺寸优化实现轻量化。对现有前中盾结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果进行二次设计;针对二次设计后的前中盾结构,构建尺寸优化模型,利用正交试验和方差分析筛选出对性能响应（前中盾质量、最大变形和最大应力）影响较大的结构参数作为设计变量,并通过最优拉丁超立方采样和有限元分析获得45组样本点,由此构建设计变量-性能响应隐式关系的Kriging代理模型;通过序列二次规划算法对前中盾尺寸优化模型进行求解获得最优的尺寸参数组合。验证结果表明,前中盾经过拓扑优化和尺寸优化后,质量减小约30 t,降幅达3.1%。     

矿用隔爆型计算机机壳结构设计

满足一定的强度要求是矿用隔爆型计算机机壳的结构设计关键,基于薄板应力理论,建立了隔爆机壳强度设计的力学模型,初步计算出了机壳、法兰板厚尺寸;建立起机壳三维模型,利用有限元分析方法对其进行数值仿真分析,找出了机壳应力分布状态,利用尺寸优化设计方法对其进行结构优化,分析了两种优化结构的应力分布情况。对比得出了满足强度要求且重量轻的隔爆机壳,充分发挥了材料的力学性能,提高了企业经济效益。     

基于拓扑优化的某系留气球设备挂架优化设计

文中针对某型系留气球设备挂架尺寸大,承载重、自重和刚强度要求严苛等特点,开展了挂架结构的优化设计工作.基于拓扑优化技术对设备挂架的结构形式,特别是主要承力部件的布局进行了重新设计,并对新设计方案进行了有限元分析和静力加载试验.结果显示,新设计方案在结构刚强度和重量上都优于原设计方案,且各种指标均满足设计要求.     

某舰炮基座灵敏度分析与轻量化设计

为实现某舰炮基座的轻量化设计,基于有限元理论和结构优化理论,分析了舰炮基座在极限工况下的结构响应。在此基础上,基于尺寸优化理论和灵敏度分析理论,完成了舰炮基座的灵敏度分析和轻量化设计,得到了舰炮基座中质量灵敏度较大的板件厚度。优化前后的分析结果表明,优化后舰炮基座的重量降低13.2%,最大应力为160.6 MPa,优化后的舰炮基座满足设计要求,达到轻量化的目的。     

碰撞条件下的保险杠系统轻量化研究

前保险杠系统的轻量化可以减小能源消耗,降低成本,但须满足相关碰撞安全标准。在有限元软件HyperMesh中构建前保险杠系统模型,进行低速正面碰撞仿真验证模型的可靠性。定义变量、确定优化目标和约束条件后,创建Kriging代理模型,验证模型正确性。通过NSGA-II算法对代理模型优化求解,选取最优解,并根据仿真结果对最优解进行验证。结果表明:在保证碰撞性能要求的前提下,轻量化效果明显,验证了结构优化的可行性,为后续对保险杠系统的研究设计提供了参考。     

CPC30型内燃平衡重式叉车工作装置轻量化设计

以CPC30型内燃平衡重式叉车工作装置作为轻量化设计的载体,在Creo软件精确建模的基础上,对该叉车工作装置实体模型在不同工作位置进行基于ANSYS软件的有限元结构静力分析,以此作为工作装置轻量化设计的依据,接着对该工作装置结构进行合理、有效的设计改进和校核分析,以达到减轻该型叉车工作装置整体质量的目的。经过分析优化,轻量化后的工作装置结构在满足强度要求的前提下,整体质量减轻了约4.70%。     

空铁Y形立柱金属结构多层轻量化设计

空铁作为新型交通方式得到了迅速发展,为实现空铁线路中Y形立柱金属结构的轻量化设计,对线路中的Y形立柱进行了参数化建模,并充分考虑其结构刚度、强度及支腿稳定性对线路安全性的影响,利用ANSYS有限元分析软件分别运用零阶优化方法与多层优化设计方法对Y形立柱金属结构进行优化设计。由优化结果可知,在满足设计要求下,与优化前相比采用零阶优化方法与多层优化设计方法的金属结构重量分别减轻了11.3%和13.8%,在支腿稳定性校核中分别降低了12.1%和24.4%,使结构更加趋于安全。综上所述,多层优化设计方法更适合对Y型立柱进行优化,基本满足降低金属结构重量,提高支腿稳定性的要求。     

大型空间离轴三反相机分体支撑结构设计

针对某1 m分辨率、200 km幅宽的大尺度空间相机框架支撑结构轻质量、高刚度的设计要求,设计了一种轻型分体支撑结构。首先从大型空间离轴三反相机研制需求出发,综合比刚度、热稳定性及加工工艺等因素选择了性能良好的高体份SiCp/Al复合材料;然后以结构质量分数为约束条件,建立以基频为目标函数的拓扑优化数学模型,得到了拓扑结果清晰的各分体结构最优传力路径;进一步对主支撑结构各部分尺寸进行二次优化,得到了各分体结构的最佳构型和最优设计尺寸。设计后的分体支撑结构总重为227.8 kg,轻量化率达到93.9%,满足了高轻量化和高刚度要求。有限元分析结果及力学样机试验结果表明:分体支撑结构满足遥感相机整机基频大于50 Hz的刚度要求,在升温5℃工况下反射镜变形在公差范围之内,完全符合卫星平台对光学载荷的要求;力学样机在振动实验前后反射镜组件相对偏移角度均不超过22″,具有较好的稳定性,证明了拓扑优化和尺寸优化方法的合理性和可行性。本文提出的分体支撑结构设计对大型空间离轴相机支撑设计具有较高的工程实践价值。