可装配式空间三平移柔顺机构拓扑构型研究

针对空间柔顺机构拓扑构型难以加工或加工成本过高的问题,提出一种可装配式空间柔顺拓扑设计方法。通过对空间3-PUU型并联机构运动学分析,得到其微分雅可比矩阵,建立空间三平移柔顺机构拓扑构型同构映射矩阵。采用同构映射矩阵与SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)插值模型相结合的拓扑优化方法,建立空间三平移柔顺机构拓扑模型并求解。通过对拓扑构型二次建模与静力学仿真对比分析,实时修正拓扑优化参数,采用3D打印实体模型进行相关试验分析。试验结果表明:文中所设计的空间三平移柔顺机构与3-PUU型并联机构具有同构性,为该类型柔顺机构精确建模与应用提供切实可行的途径。     

基于拓扑单向波导的电磁诱导透明效应研究

为了研究电磁诱导透明效应在拓扑单向波导中的表现，设计了一种基于磁性光子晶体的耦合谐振腔波导。通过对谐振腔位置的调控实现了具有单向性质的电磁诱导透明效应，并利用有限时域差分仿真证明了电磁诱导透明效应在单向拓扑波导中的相关特性。该研究可为拓扑波导中实现光延迟、光开关等提供参考。     

FRP制件修复用在位加工铣床的床身优化

内补片胶接技术是一种修复FRP制件缺陷、损伤的常用方法。工程中急需一种该方法中内凹阶梯结构的在位加工机床。此类薄壁弱刚性制件受压易变形。因此,对该机床床身进行轻量化设计,以减小受压变形对加工质量的影响。以某型在位加工机床原型机环形BFPC床身为研究对象,首先基于原型机工况分析,明确了床身的综合性能指标;采用拓扑优化技术,获得了最优拓扑的床身结构;进而,通过规则化结构参数,并设计正交实验,辨识了机床质量及综合性能的主要影响因素;最后,建立了以规则化结构参数为变量,床身质量及振幅最小为目标的多目标优化函数,获得了最优拓扑和最优性能的床身。     

弧齿锥齿轮双重螺旋法加工数学模型及齿面偏差修正研究

建立了弧齿锥齿轮双重螺旋法加工的数学模型。基于齿轮啮合原理,完成了弧齿锥齿轮双重螺旋法加工齿面的数字化表达及离散化齿面点的构建,分析了各加工参数误差对齿面拓扑结构的影响程度;建立了齿面修正模型,通过算例验证,结果表明,齿面偏差得到了有效减小。     

变载荷铣削力影响下的加工中心床身结构优化设计

针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。     

下肢康复外骨骼的造型与结构优化设计研究

为了满足下肢康复外骨骼造型美观化与结构轻量化的双重要求,提出一种造型设计与结构优化互补的综合设计方法。运用感性工学理论和设计美学原则,归纳出下肢康复外骨骼造型设计的一般特征,并应用于下肢康复外骨骼的造型设计中,然后采用7点标度的语义差异量表挑选造型方案。为了验证造型方案结构的合理性,利用SolidWorks软件对优选方案进行三维建模和有限元分析,同时在不改变优选方案造型轮廓美观性的基础上,使用拓扑优化方法对其进行轻量化设计。最终设计得到的造型方案不论是在造型美观性方面还是结构性能方面都比较突出,表明了该方法的有效性。     

高海拔汽车试验舱体结构优化研究

针对高海拔汽车试验舱体结构存在质量过大,舱体在极端工作情况下发生失效的问题,以中间段测功舱为研究对象,对其主体结构静态和动态性能进行了研究。提出了以测功间舱静态载荷下刚度最大和动态低阶固有频率最大为目标,采用折衷规划法和平均频率法定义多目标函数进行了结构拓扑优化,得出了其结构的单元密度图,找出了舱体结构的薄弱环节;对拓扑优化后的舱体构型进行了重新布局,通过构建尺寸参数的数学优化模型,对关键尺寸加强筋厚度及蒙皮参数进行了尺寸优化。研究结果表明:优化后的测功间舱体结构质量减少10.9%,前三阶固有频率增长6.2%～7.8%,最大变形量减少13.6%,虽然最大等效应力增加24%,但各项指标仍满足测功间舱工作情况设计要求,最终实现了优化目的。     

基于拓扑优化与多目标优化的给料机关键部件结构设计

针对给料机经常因为强度不足而发生失效的问题,基于有限元法对某型号振动给料机进行典型工况下瞬态动力学分析,同时开展相应工况下动应力测量,结果表明给料机的失效主因为弹簧上座结构设计不合理。因此,基于变密度法和子结构法,建立以弹簧上座组合应变能为优化目标函数,约束应力和体积分数的拓扑优化模型,基于灵敏度分析和最小二乘法建立了一阶扭转、弯曲频率和总质量的响应面模型,最后利用遗传算法对响应面模型进行多目标优化,得到Pareto最优解集。结果表明优化后结构固有频率分别提高了4.17%和6.30%,最大动应力减小了46.4%,提高了给料机整体的刚度和结构可靠性。     

基于OptiStruct拓扑优化的尿素罐支架设计

针对某轻卡汽车的尿素罐支架,本文在HyperMesh中建立了三种工况下的拓扑优化模型,并利用OptiStruct进行优化求解计算,得到了尿素罐支架的最佳材料分布路径。根据拓扑优化结果,在原模型的基础上进行了轻量化设计,并在相同工况下重新进行静力学分析。结果表明新设计的尿素罐支架在保证结构性能要求的前提下降重明显,对类似的钣金盒子结构的设计具有极大的指导作用。     

一种用于变电站蓄电池恒流放电的新型电路拓扑

提出一种用于变电站蓄电池恒流放电的新型电路拓扑,该电路具有电路结构简单,稳流能力强,设定范围宽、性价比和可靠性高的特点.