基于灵敏度分析的桁架结构动力学尺寸优化

以桁架结构杆件截面尺寸参数为设计变量,以结构重量为目标函数,以结构的固有频率为约束条件,建立桁架结构的动力学尺寸优化设计数学模型.通过推导固有频率和结构重量对杆件截面尺寸的灵敏度,确定优化杆件及优化步长,建立了结构尺寸优化设计方法并制定了在ANSYS软件中的实现方案.方法能有效地改变结构固有频率,避免处于动载荷作用下的结构因发生共振而破坏.最后,使用数值算例验证了优化方法的有效性.     

仪器基础支架的优化设计探讨

介绍仪器基础支架的优化设计方法。该方法是以支架的动态特性为约束条件建立优化方程，利用ANSYS软件的模态分析功能，最终可找到了满足要求的优化结构。     

自动装填机械手回转支架的拓扑优化

以自动装填机械手的回转支架为研究对象,在Pro/E中建立其三维模型,利用有限元分析软件Opti Struct进行回转支架的模态分析。为提高回转支架的结构刚度,采用Opti Struct模块,运用变密度拓扑优化方法,建立了以第一阶固有频率最大化为优化目标,以单元密度为设计变量,以最大设计部分体积为约束条件的拓扑优化。优化结果给出了回转支架的材料最优分布图,提高了回转支架的固有频率,为自动装填机械手后续改进提供依据。     

卧式加工中心床身灵敏度分析及优化设计

床身是机床的主要支撑件之一,其动态特性对机床的性能起到关键作用。利用ANSYS Workbench对一种卧式加工中心的床身结构做模态分析,求得床身结构固有频率。计算床身结构各个壁板厚度变化时,质量和固有频率对尺寸的灵敏度,以床身壁板和筋板厚度尺寸作为优化参数,质量为约束条件,前三阶固有频率的加权平均值作为优化目标,建立优化方程。利用MATLAB软件求得优化方程的一组最优值,并通过模态分析对比了优化前后床身的固有频率。结果表明,优化后的床身前三阶固有频率分别提高7.5%、4.2%和5.3%。     

三轴飞行模拟转台框架的优化设计

用有限元分析方法在动态分析的基础上，以各框架的转动惯量为目标函数，以框架尺寸和一阶固有频率为约束条件，建立了三轴飞行模拟转台各框架的优化数学模型，采用ANSYS的APDL参数化设计语言将有限元分析与优化设计有机结合起来，编制了用于复杂结构的优化设计程序，实现了自动的优化设计过程。     

全承载式客车车身结构优化设计

建立了全承载式客车车身骨架及顶盖蒙皮的有限元分析模型 ,并完成了车身结构的参数优化设计。将车身结构总体积作为优化目标函数 ,以车身骨架主要型材的截面参数为设计变量 ,选择整车扭转刚度及车身低阶固有频率等约束条件构成约束条件。优化后对车身强度和刚度进行校核 ,以检验优化结果的合理性 ,确保客车在性能满足要求的前提下减轻车身自重。     

电机换向抽油机支架的有限元优化设计

应用有限单元法对电机换向抽油机支架进行了优化设计与分析,建立了支架优化的有限元分析和数学模型。优化分析计算结果表明:优化后的支架在满足结构安全的条件下最大限度地发挥了结构各构件的承载能力;有限元优化分析目标可以支架重量为最小的优化目标,还可以对支架固有频率、阻尼比等有关支架系统的动态特性参数进行目标有限元优化分析。     

电机换向抽油机支架的有限元优化设计

应用有限单元法对电机换向抽油机支架进行了优化设计与分析,建立了支架优化的有限元分析和数学模型.优化分析计算结果表明:优化后的支架在满足结构安全的条件下最大限度地发挥了结构各构件的承载能力;有限元优化分析目标可以支架重量为最小的优化目标,还可以对支架固有频率、阻尼比等有关支架系统的动态特性参数进行目标有限元优化分析.     

微机械压力传感器结构稳健优化与实验研究

以一种液压用微机械压力传感器为研究对象,在分析其结构和工作原理基础上,提出了固有频率对加工误差的灵敏度分析方法,得到了对微机械压力传感器固有频率影响较大的尺寸参数,为后续优化和实际加工提供了可控参考.为提高微机械压力传感器的加工稳定性和性能指标,进行了微机械压力传感器结构稳健优化设计,推导了稳健性能约束条件,提出了设计变量、目标函数、尺寸约束条件和模态性能约束条件,建立了微机械压力传感器结构稳健优化的数学模型.稳健优化结果表明,微机械压力传感器的加工稳定性和灵敏度都有了较大提高.进行了实际加工和测试,测试结果表明稳健优化后的微机械压力传感器具有较高的灵敏度.     

高速精密数控车床床鞍结构参数多目标优化

为了实现机床关键部件的多目标优化设计,以一种高速精密数控车床的床鞍为研究对象,采用灵敏度分析和试验分析方法,研究床鞍结构参数对床鞍动态特性的影响规律;以床鞍的前两阶固有频率和质量为优化目标,以导轨悬伸长度、导轨跨距和滑块间距为设计变量,建立多目标优化方程;运用粒子群算法和模糊综合评判法得到最优解。优化后,床鞍的一阶固有频率提高33%,二阶固有频率提高4.13%,床鞍质量减轻7.76%。优化结果表明所提优化方法是可行的,为床鞍的优化设计提供了理论依据。     

基于TOSCA软件的精密卧式加工中心滑板的拓扑优化方法

研究了精密卧式加工中心"框中框"结构中关键结构件滑板的拓扑优化方法,提出了一种新的拓扑优化设计思路。首先在满足装配边界条件下最大限度地放开初始优化模型的设计区域,实现滑板的外轮廓拓扑优化;基于外轮廓结构设计得到二次拓扑优化模型,在约束外轮廓的基础上实现了滑板内部筋板的拓扑优化,最终得到一种新的滑板结构设计方案。在设计中以滑板结构多工况加权静态应变能最小,1阶固有频率最大为目标函数,以体积比为约束条件进行拓扑优化设计。采用新结构的滑板的静刚度在X,Y,Z三个方向均得到了提高,1阶固有频率提高了15.7%,质量减轻了6.5%,提出的优化方法对机床大件的拓扑优化具有重要的指导意义。     

基于AWE的板材上料机多目标优化设计

将有限元分析方法和优化设计理论相结合,以AWE软件为工具,对提出的板材上料机的末端执行器的重要部件——吸盘支架进行有限元仿真和优化。通过对超静定平衡方程的求解,获取了吸盘支架的载荷,并在AWE软件中作为边界条件对吸盘支架进行静态特性分析。在DOE模块中建立尺寸优化模型,以吸盘支架柔度最小、质量最轻为目标,以基体和压板的空间限制为约束条件,通过基于实验技术的多目标驱动优化方法,实现对吸盘支架尺寸参数的优化设计。最终获取了一种刚性、质量最优化的吸盘支架设计方案,并为板材上料机的尺寸优化提供了可靠的参考依据。     

基于交互式决策算法的桁架式门机结构系统动态优化设计

提出了一种基于交互式决策算法的桁架式门机结构系统动态优化设计方法。通过模态分析及谐响应分析确定影响结构动态性能的关键模态固有频率。将结构总质量、杆件静强度、结构静刚度以及关键固有频率作为目标,对结构设计参数进行灵敏度分析,筛选出对桁架门机结构性能影响较大的设计参数。以结构总质量为最终优化目标,同时以固有频率、结构静强度、静刚度、满意度等作为约束条件。利用交互式决策算法结合有限元分析软件对桁架式门机结构进行优化计算,实现了决策者与系统模型之间信息的反复交换,使优化结果不断向决策者要求靠近。通过此种动态优化方法,不仅使结构质量减少10.9%,还提升了5.98%的结构动态性能,节约了制造成本。     

一种码垛机器人小臂的轻量化设计

为降低码垛机器人小臂质量,提高其动态性能,降低能耗。基于有限元静力学分析、模态分析,以质量最小为优化目标,以结构参数为设计变量,以第一阶固有频率不降低、最大合位移和最大等效应力允许值为约束条件,利用实验设计和响应面法建立目标函数和约束函数的代理模型;通过优化求解,得到小臂的优化模型。通过对比分析,在保证固有频率、结构刚度和强度在允许范围内的情况下,小臂的质量减轻了41.89%。文中提出的优化设计方法具有明显效果。     

带式输送机转向滚筒的多目标优化设计

以转向滚筒质量和固有频率为目标函数,以转向滚筒的最大位移和最大应力作为约束条件,采用多目标优化分析,得到转向滚筒的最优解.优化后的结果有效地降低了转向滚筒的质量,提高了一阶固有频率,提高了转向滚筒的性能.分析认为,这一方法同样适用于其他零部件的优化设计,以提高带式输送机的整体性能.     

基于改进PSO算法的数控机床主轴优化设计

通过分析主轴结构和加工过程中受载变形情况, 建立了主轴优化设计的数学模型。根据邓克莱法计算得到的一阶固有频率近似值,引入动态约束条件 。针对传统优化设计方法在解决主轴优化设计中出现的问题,引入粒子群优化 (PSO) 算法,并提出了一种惯性权重值适应性递减的粒子群（ADW）算法。将ADW算法用于数控机床主轴优化实例中,得到主轴结构参数优化组合。研究结果表明,运用所建立的主轴优化设计数学模型及改进粒子群算法可以得到主轴结构参数优化组合,充分显示了该研究方法的有效性。     

高速列车蓄电池箱共振可靠性优化

高速列车蓄电池箱在受到激励频率的作用下会发生共振.为了提高蓄电池箱的共振可靠性,将可靠性分析与优化设计相结合进行高速列车蓄电池箱共振可靠性优化.首先通过模态分析得到蓄电池箱的固有频率,依据激励频率与固有频率的关系准则,建立蓄电池箱共振的失效函数,利用可靠性分析得到蓄电池箱的共振可靠度.然后采用灵敏度分析选取优化设计变量,利用最小二乘法拟合出优化目标和约束条件的响应面模型.最后以蓄电池箱共振可靠度为优化目标,一阶固有频率和质量为约束对蓄电池箱进行共振可靠性优化.优化结果显示,可靠性最优解远离约束边界,而且在提高蓄电池箱共振可靠性的同时减轻了结构质量.研究成果为蓄电池箱的进一步改进提供了理论依据.     

光伏跟踪支架檩条结构高刚性轻量化设计

在太阳能光伏跟踪支架系统中，冷弯型檩条结构被用于支撑光伏板，安装位置介于主梁与边框之间。首先构建以结构柔顺度最小为设计目标、单元相对密度为设计变量、体积与一阶固有频率为约束的拓扑优化数学模型，基于SIMP法获得檩条结构的最优布局构型，在此基础上，对拓扑优化构型进行工程化设计，并制造加工出相关结构。然后根据太阳能光伏跟踪支架实际服役于不同风速荷载下的环境，设计分步测试载荷工况，分别对优化前后的檩条结构进行静动态仿真分析，由仿真结果可知优化后的檩条结构在抗弯、抗扭性能以及固有频率方面均得到了提高，从而验证了优化设计方法的有效性。最后采用实验测试方法对优化设计后的檩条结构性能进行验证。研究结果表明，在机械性能明显增强的前提下，檩条结构实现了减重8.8%。     

机载SAR天线座连接支架的拓扑优化设计

拓扑优化方法在雷达天线座的减重设计中具有突出优势,特别适合于大型精密雷达和机载雷达天线座的结构优化设计。文中建立了连接支架的拓扑优化模型,以单元密度为设计变量,体积分数上限为约束条件,加权应变能最小化为优化目标,对机载SAR天线座连接支架进行了拓扑优化设计。考虑到结构美观和制造性,添加了对称平面约束和拔模约束。结果表明:拓扑优化结果符合仿生学原理,在减轻质量的同时,也提高了结构性能。     

离散变量三段式车架轻量化设计

研究优化设计中设计变量的离散化处理,完成三段式车架的静动态特性分析和轻量化设计。首先,以某中型越野车车架为优化对象,采用实验设计方法进行了设计变量的灵敏度分析,并在对设计变量进行必要的取舍基础上建立了结构优化模型。其次,采用多岛遗传优化算法计算车架在三种工况下的最大应力、位移和自由模态下的固有频率,以完成在结构满足固有频率、几何尺寸和强度等约束条件下的车架各板材离散化尺寸的优化。优化结果表明:在可行域范围内,不仅使车架的质量降低了5.7%还避开了激励频率。