基于中心引力算法的箱型梁面几何尺寸参数优化

针对起重机箱型截面梁截面尺寸多变量有约束的优化设计问题,提出采用中心引力现代优化设计算法来优化设计主梁截面。首先根据起重机主梁的箱型截面几何参数以及主梁受力特点,以应力、扰度和工艺等约束条件建立主梁质量最轻的目标优化函数。采用罚函数法将有约束优化转化为无约束优化,并依据类天体运动的中心引力算法对箱型梁截面进行优化。仿真结果表明,该算法能够在整个可行解空间进行寻优,有效避免陷入局部最优解。优化后的主梁质量比传统设计方法减轻14.5%左右。     

移动载荷作用的复杂箱型梁端部构形优化

装配式建筑构件综合安装和冶金生产线常用的起重机箱型主梁端部变截面焊缝处存在明显应力集中,在变载荷作用下,会产生疲劳裂纹的构形不合理问题。以起重机箱型主梁为研究对象,建立了合理的有限元主梁参数化模型,并对其进行静力学分析。并通过有限元软件模拟箱型梁在移动载荷作用下的瞬态响应,得到箱型梁跨中的位移响应和端部应力响应。最后根据分析结果,采用热点应力法构建端部最大应力表达式,在保证箱型梁质量增加较小以及其他约束条件下,以端部应力最小为优化目标,建立优化模型,通过优化使箱型梁端部应力满足强度条件。将优化方案与初始方案对比,验证了优化方案的可行性。     

基于损伤容限的整体梁多目标优化设计方法研究

针对整体结构的传统设计方法不能保证其在整个设计使用寿命中安全性和经济性的问题,着重研究了整体结构损伤容限设计方法。以飞机整体梁结构为例,建立了以结构截面参数为设计变量,结构重量和剩余强度综合最优为优化目标的优化模型,通过遗传算法,得到了不同权重系数下的优化结果。所用方法可为整体梁结构损伤容限设计提供了指导与参考。     

基于有限元方法的某工程探测装备工作装置优化设计

以工作装置箱型伸缩臂有限元分析为基础,在保证强度和刚度的前提下,以结构自重为目标函数,以臂截面尺寸为设计变量,对伸缩臂进行了有限元优化设计。优化后,伸缩臂的截面尺寸明显减小,自重降低了26．4％,达到了减轻重量、节约材料、减少成本的目的,同时为箱型伸缩臂的设计和改造提供了理论依据。     

基于响应面法的S型薄壁梁抗撞性优化设计

将响应面法与试验设计、有限元分析计算等结合起来,首次对S型薄壁梁的结构进行抗撞性优化设计。选取S梁的截面宽度、截面高度和S梁的弯曲角3个参数作为研究对象,采用显示非线性有限元软件PAM-CRASH对S型薄壁梁结构进行碰撞模拟。运用响应面法对S梁的总吸能值等进行拟合,并使用MATLAB软件进行优化求解。结果表明:当S梁截面高宽比最大且弯曲角最小时其吸能能力最大。将优化后的S梁应用于某越野车的40%偏执碰模拟中,其被动安全性得到明显提高。     

基于复杂工程约束的车身梁截面优化设计

通过对车身梁截面设计约束问题的研究,将车身薄壁梁截面形状优化设计问题和截面的材料、厚度等离散参数优化问题耦合起来。以工程设计中的可装配性和可制造性为设计约束,建立车身梁截面多目标优化方法。该方法以车身梁结构性能、成本、质量为目标,通过对梁截面形状进行独特的编码,实现以梁截面的形状、厚度、材料为设计变量的多目标优化模型,该模型采用NSGA-II遗传算法实现了多目标优化问题计算。基于该方法实现相应的软件模块并建立材料参数与厚度数据库。实例证明,该方法既可用于车身概念设计阶段确定满足设计目标且符合工程要求的梁截面形状参数,也适用于详细工程设计阶段对现有车身截面进行局部优化以增加车身刚度和减小部件质量。     

基于遗传算法的液压机上梁交互式结构优化

很多结构优化问题的数学模型并不存在或难以求解,传统优化方法难以对这类问题进行准确寻优,需要使用交互式结构优化方法。针对基本遗传算法的缺陷,提出了一种改进型遗传算法。以700T铸造式液压机上梁(简称上梁)为例,建立结构优化模型和遗传算法模型。以上梁的最大变形和最大等效应力为约束条件,以重量为目标函数,基于有限元法和改进遗传算法对上梁进行了交互式结构优化设计。优化结果使上梁变形基本保持不变,最大等效应力降低5.87%,同时使上梁减重12.09%。     

同跨距、不同起升重量门式起重机金属结构快速轻量化设计

为实现跨距相同、起升重量不同的系列门式起重机金属结构快速轻量化设计,在对门式起重机进行全参数化建模和求解分析的基础上,对门式起重机主梁、上下端梁及支腿的截面尺寸和厚度等设计变量做灵敏度分析,得出主梁的截面尺寸及厚度对整机金属结构的重量影响最大,主梁和上端梁的截面尺寸对起重机悬臂刚度影响最大。以门式起重机重要截面尺寸结合灵敏度分析结果选取关键设计变量,同时结合零阶优化算法对整机金属结构进行系列化设计,在满足设计要求下重量比优化前减轻了11.1%。     

18方混凝土搅拌车副梁静力学分析与结构优化

针对某公司生产的18方混凝土搅拌车副梁存在失效问题,在建立副梁力学模型可行性的基础上采用有限元分析法对副梁进行了静力学分析。建立副梁有限元模型,确定搅拌车工作过程中不同状况,通过分析副梁静力学特性获得在不同工况条件下应力应变分布情况,分析结果表明在3种工况条件下副梁的最大应力区域存在失效现象。以降低应力和重量为目标,采用拓扑优化算法对副梁结构进行了优化,分析了优化后副梁的轻量化结果和静力学特性,结果表明:优化后副梁的重量和应力都较前有所降低,最大应力区域的失效问题得到解决,优化后副梁能够满足企业设计要求。     

机械式立体停车库钢结构骨架的优化设计

建立了机械式立体停车库钢结构骨架有限元分析模型，并应用遗传算法对结构进行了离散变量优化设计，优化结果表明，在满足一定性能约束条件下，通过调整构件的截面尺寸，可以有效地降低结构重量。     

基于线形梁计算模型的车辆框架优化设计

结构优化是汽车轻量化设计的重要途径之一。基于型材制造的载重型汽车框架结构在力学上具备梁结构的特征,以框架的线形梁计算模型为优化对象,代替实体梁结构模型进行结构优化设计,并基于进退搜索法思想和补偿法思想,提出了接点位置优化和截面尺寸优化两种优化方法。整个优化过程分两个阶段进行:首先对结构进行接点位置优化,以降低结构应力,均匀应力分布;随后进行截面尺寸优化,确定梁的最优截面尺寸。算例分析表明:结构经过优化设计后,不但满足了力学性能的要求,而且整体重量有所降低,应力分布也更加均匀。     

基于梁截面的商用车驾驶室多目标优化研究

针对汽车白车身试验设计运行时间长、近似模型拟合精度低的问题,以某商用车驾驶室为研究对象,提出了一种基于梁截面的商用车驾驶室多目标优化方法。首先,在SFE-Concept中建立了驾驶室的隐式参数化模型,通过与经过验证的有限元模型进行对比,完成了对该模型的精度验证;然后,利用HyperMesh分析了驾驶室梁截面力学特性,找出了梁截面的控制因素,采用比例向量法对截面形状进行了控制;并结合HyperMesh、HyperMorph分别对驾驶室零件厚度和梁截面进行了灵敏度分析,在试验设计之前筛选出了关键优化变量;最后,构建了驾驶室的径向基—响应面混合近似模型,并且采用第二代遗传算法对驾驶室进行了多目标优化。研究结果表明:经多目标优化后,驾驶室质量下降了16.5 kg,减幅达5.4%,一阶弯曲模态频率、一阶扭转模态频率基本不变,弯曲刚度提升15.3%,扭转刚度提升7.7%;该结果说明商用车驾驶室目标优化效果较佳。     

基于耐撞性的车身轻量化设计

耐撞性的分析一般都是以板厚尺寸为变量,文中增加了截面形状变量对车身耐撞性影响的研究。首先,分析某型车初始正面全宽耐撞性能并对比试验进行标定;其次,依据前舱结构的比吸能筛选变量并进行参数化和试验设计;最后,为了提高耐撞性优化的效率,通过拟合Kriging近似模型,采用多岛遗传算法进行优化。优化结果表明:通过优化车身关键结构的截面形状和板厚,使得B柱峰值加速度和主要吸能梁结构的质量分别改善了1.23%和15.51%。     

起重机箱形梁静刚度拓扑优化设计研究

起重机是广泛使用的起重设备,而起重机箱型梁的重量占起重机总重的一半还要多,起重机箱型梁结构的性能影响到整个起重机的性能,故对其进行合理的优化设计是很必要的。文章依据有限元理论和拓扑优化思想,以30t双梁桥式起重机箱形梁为研究对象,选用固体各向同性微结构(SIMP)材料插值模型,建立体积为约束柔顺度最小化的优化模型,采用OC准则求解得到最优拓扑结构,对拓扑优化中出现的棋盘格现象和网格依赖性选择灵敏度过滤进行处理,并通过编写的MATLAB程序实现箱形梁的拓扑优化,使箱形梁结构整体刚度得到提高。     

ANSYS在液压支架优化设计中的应用

基于ANSYS平台对液压支架顶梁进行参数化建模,针对硕梁扭转工况进行了有限元数值模拟,进一步利用ANSYS的优化功能,对顶梁截面参数进行优化,完成了顶梁的减重设计,优化方案较原设计方案最大等效应力降低6.5%,重量减少11%,减重效果十分显著,为液压支架和类似结构优化设计提供了有益参考.     

基于ANSYS的桥式起重机桥架结构设计及优化

针对桥式起重机桥架的轻量化设计问题,以跨度19. 3m、载荷10t的双梁桥式起重机箱型桥架在满载状态下的静强度和自振频率为分析对象。利用Creo软件建立桥架的三维实体模型,并无缝导入ANSYS Workbench中进行静态分析,通过对主梁中部危险截面和主梁与端梁连接处截面进行满载静应力分析,得到桥架的应力云图、应变云图。同时,以减少桥架的空间体积为目标进行结构优化,对优化后的桥架进行静应力分析和模态分析,验证桥架结构轻量化设计的合理性。     

悬臂梁支座的最佳间距

正确地设置支座,就能使悬臂梁上的最大弯矩减到最小,从而使梁的尺寸和重量减到最小。现在我们就来看一个典型的双支座均布载荷等截面梁的情况。梁的最大弯矩可以通过设置右支座而被平衡。其结果是右支座上的最大弯矩等于两支座间的最大弯矩。由材料力学得知,右支座的最大弯矩为:     

TLJ900型架桥机后支腿的结构优化设计

在分析TLJ900型架桥机的各种工作状况的基础上,确定出后支腿受力最不利工况下的所受载荷,然后以最大载荷所在的后支腿平面作为研究对象,以后支腿的设计重量最轻为目标对后支腿进行截面几何尺寸的优化设计。     

波纹腹板箱型主梁力学性能研究

针对桥式起重机箱型主梁的结构特点,提出了一种新型的主梁结构—波纹腹板箱型主梁.借助有限元软件HYPERWORKS,对波纹腹板箱型梁和常用的平直腹板箱型梁在相同条件下的力学性能经行了综合比较分析,即对翼缘弯曲正应力、竖直方向的位移、腹板的剪切应力和沿腹板高度方向的稳定性进行对比分析.结果表明:波纹腹板箱型梁抗倾斜能力比平直腹板箱型梁好,其抗剪切能力和稳定性要高于平直腹板箱型梁.采用波纹腹板箱型梁可以减少腹板上的加强筋,减轻主梁重量,节约成本.     

基于RecurDyn和ANSYS的液压挖掘机动臂结构优化设计

液压挖掘机动臂存在设计冗余的问题,为了对动臂的截面参数进行优化,首先对动臂的铰点受力进行了分析,建立了多体动力学模型,通过刚柔耦合动力学仿真,确定了动臂的各个铰点在坐标轴方向上的最大受力。通过单因素静力学仿真试验,建立了臂截面参数与最大等效应力之间的单因素数值拟合模型,通过多因素正交仿真试验,建立了多因素复合数值拟合模型,并将试验值与数值模型计算值进行比较,验证了模型的准确性。最后,以最大等效应力的最小值和抗弯截面系数的最小值为优化目标,利用遗传算法进行参数优化,获取最优设计变量。优化结果表明,优化后的截面参数较常规设计更能综合发挥材料的能力,优化方法为减少冗余设计提供了参考。