Y32—500B四立柱液压机下横梁的结构优化设计

利用结构优化设计方法,对Y32－500B四立柱液压机的下横梁进行了结构优化设计,研究了其中的一些关键理论和技术,包括下横梁的结构有限元分析,优化方法选择,敏度分析和结构重分析,得到了满意的结果,并应用于生产实际。     

四立柱锁紧横梁有限元分析

锁紧横梁是四立柱结构试验机重要零件之一。以1000k N四立柱试验机锁紧横梁为研究对象,利用INVENTOR建立了锁紧横梁的三维模型,利用ANSYS-WORKBENCH对锁紧横梁的锁紧状态进行静力学结构分析,得到了锁紧横梁在锁紧状态下的应力和变形云图,得到的应力超过了材料的屈服极限,材料产生弹塑性变形。对锁紧横梁进行了结构尺寸改进,改进后的锁紧横梁应力低于屈服极限,满足设计要求。本文为锁紧横梁的设计提供了仿真分析方法。     

卧式加工中心移动立柱的轻量化设计和拓扑优化分析

利用结构拓扑优化技术,实现了对卧式加工中心立柱的轻量化结构分析与设计。基于拓扑分析结论,按照结构优化设计的方法,提出了"去除立柱后方上部部分材料"和"立柱两侧适量减材"的两种轻量化设计方案。通过对以上两种方案各自模态数据的对比,得出立柱拓扑优化方案与原方案的对比结论,实现了利用结构拓扑优化的研究方法对机床典型支承件的结构轻量化设计及结构性能验证。     

GMCU2060龙门加工中心横梁的结构优化设计

基于HyperMesh平台,采用密度拓扑优化方法,以应变能最小为目标,以体积分数、位移为响应建立结构拓扑优化模型,运用该模型完成GMCU2060龙门加工中心横梁横截面的拓扑优化设计,然后利用尺寸优化方法得到横梁的最优尺寸,建立横梁的三维模型,并对其进行动静态分析.分析结果表明：在最大位移几乎不变的情况下,改进后的横梁质量减少了7.5％,一阶固有频率由104 Hz提高到120Hz,满足设计指标要求.     

基于变密度法的双向载荷横梁拓扑优化设计

屋顶排水槽板折弯机的横梁在折弯过程中承受双向载荷作用,横梁的刚性和抗振性是影响折弯机整机精度和稳定性的重要因素。首先对横梁承载情况进行受力分析,然后建立基于变密度法的拓扑优化数学模型,增加双向载荷约束条件,采用通用性较强的优化准则法,通过卷积算子建立滤波器修改元素灵敏度以提高网格独立性,解决棋盘格和网络依赖性问题,编制相应MATLAB优化程序进行结构拓扑优化,利用优化后的截面形状绘制三维模型,引入到ANAYS软件对拓扑结构优化结果进行静动态分析以验证优化结果,并通过LMS振动测试仪和分析系统对横梁进行模态测试试验,验证了优化与仿真的有效性和准确性,最终设计成果应用于屋顶排水槽板折弯机横梁设计,取得了很好的工程应用效果,为相似结构件优化设计提供了有益的借鉴与参考。     

刚度和质量驱动的预紧组合框架式液压机多目标优化设计

为了满足液压机高刚度、轻量化的性能要求,提出刚度和质量驱动的液压机多目标优化设计方法。通过对98MN数控等温锻造液压机结构分析,抽取影响液压机刚度和质量的关键因素;运用正交试验设计方法进行试验,提取刚度和强度与关键因素之间的关系数据。采用一阶响应面建模方法建立上横梁、下横梁刚度和主要部件强度的数学模型,并用统计误差分析方法验证模型的有效性。根据部件结构,建立液压机整机质量的数学模型。进而建立以提高刚度和减轻质量为目标的液压机优化模型。运用非支配解排序遗传优化算法,对液压机上梁刚度与整机质量进行多目标优化,得到Pareto优化解集,可使98MN数控等温锻造液压机刚度提高5%、质量减轻10%。     

基于拓扑优化方法的机床立柱轻量化设计

以某型机床立柱为研究对象,开展了立柱结构的轻量化研究工作。首先,利用Hyperworks软件对立柱结构进行静态和动态特性分析,得到立柱在切削力工况下的应力、变形位移云图、固有频率、振型以及频率位移响应曲线;然后,采用变密度法以柔度最小为目标函数进行拓扑优化,根据拓扑优化云图得到立柱内壁的筋条排布形式;接着,提取加筋板的中面并建立2D模型,进行尺寸优化设计,得到加筋板的最优厚度尺寸;最后,将优化模型与原模型进行力学性能对比分析。优化结果显示:基于拓扑优化方法的机床立柱可在减轻重量的同时提高其静、动态特性。     

基于变密度法的多材料与结构一体拓扑优化研究

针对多材料连续体结构拓扑优化问题,基于3D打印技术的发展,将材料可由多种不同材料按任意比例混合组成的技术应用于多材料拓扑优化问题中。在变密度法结构拓扑优化方法基础上,提出了一种双材料混合结构拓扑优化模型及其计算方法;在该模型中以单元密度作为设计变量,同时增加单元中两种材料混合比例为设计变量;最后通过两个算例对所提出方法的有效性进行了验证。研究结果表明:采用该方法进行结构拓扑优化的同时,可以得到两种材料的混合比例,实现基于各向同性固体材料插值模型(SIMP)的多材料与结构一体拓扑优化。     

高速贴片机横梁的结构动力学分析与优化

贴片机横梁结构的动态性能是影响贴片机贴装精度的重要因素之一。对拱架式贴片机的横梁结构进行研究,根据载荷特性、电机动子直线运动特性和横梁运动特性,对横梁进行了瞬态动力学分析,结果显示,横梁结构运动过程中最大形变为12.5μm,在允许的范围之内。在此基础上,基于正交惩罚材料密度法(SIMP)对横梁进行了拓扑优化设计和结构改进设计,改进后的横梁结构质量减少了8.2%,横梁运动过程中结构的最大形变为9.4μm,可以同时满足贴片机的使用要求和轻量化要求,也验证了拓扑优化方法的合理性,为横梁的进一步结构设计提供了依据。     

面向机床整机动态性能的立柱结构优化设计研究

针对某机床结构薄弱件立柱的结构优化设计,提出了一种基于拓扑优化、筋板形式选择与布局以及尺寸优化的结构设计方法。首先利用有限元法(finite element analysis,FEA)对机床整机进行动力学分析,模态分析与谐响应分析结果表明立柱为影响整机动态性能的关键结构件。然后以立柱结构为优化目标,对立柱进行拓扑优化,根据拓扑优化的材料分布情况设计了立柱的最优基本结构形式,再通过选择抗弯、抗扭刚度较好的W类型筋板进行布局与尺寸优化,得到了最终的立柱优化结构。最后对优化的立柱结构进行验证,分析结果表明:该结构设计方法有效地改善了整机的动态性能,在立柱质量减轻的前提下,优化后的整机前六阶固有频率均得到了不同程度的提高,其中一阶固有频率提高了10%以上;并且机床在x方向上的最大共振峰值下降了49.8%,y方向下降了70.1%,z方向下降了66.2%。     

重型载货汽车车架拓扑优化设计

对车架的拓扑优化设计做了研究,在原有重型载货汽车车架模型的基础上,设定拓扑优化区域和优化参数,通过变密度法将连续体离散成[0,1]分布的模型,对于密度较小的区域采取去除材料的办法形成空洞,留下来的材料为横梁的分布位置,为后续的车架设计提供一个思路。     

拓扑优化设计中混合细胞自动机方法应用研究

结构拓扑优化是研究材料在连续设计空间最优分布的技术。文中采用细胞自动机作为优化计算模型,按照一定的材料参数化方法,以材料应变能最小并趋于平均分布为优化目标,通过ANSYSILS—DYNA进行有限元分析计算,设计了混合细胞自动机拓扑优化算法,给出了细胞自动机结构拓扑形态优化应用步骤。以平面薄板受力模型为例,对细胞自动机结构拓扑优化方法加以验证,得到的结果与经验设计的结构拓扑形态较为吻合,且具有比较强的鲁棒性和泛用性。     

一种密度约束的拓扑优化方法

拓扑优化方法是改善结构性能、实现结构创新设计的有效手段.本文采用浮动映射技术,提出了一种密度约束的拓扑优化(Density-constrained topology optimization,DCTO)方法.该方法不同于SIMP方法,采用线性无惩罚材料插值模型,通过准则优化,首先找到结构的最优"厚度"(材料相对密度)分...     

基于拓扑优化的龙门加工中心立柱轻量化设计

主要针对GSLM3308龙门加工中心的立柱结构展开研究,为提高立柱性能的同时实现轻量化设计,使用OptiStruct软件对立柱进行了拓扑优化。优化模型在静力工况下以柔度最小化为目标,以体积变化量为约束,优化后的模型增加了立柱刚度,同时质量减少了14%。表明利用有限元分析方法在产品设计前期进行一定的结构设计,能够提供较优的拓扑结构,从而提高产品的整体性能。     

基于拓扑优化的变密度点阵结构体优化设计方法

点阵材料是一种超轻高强的高性能多孔材料,目前主要以等密度构建点阵结构体。在实际情况下,点阵材料的各部分承受着不同的载荷,等密度点阵材料存在性能不能充分发挥的问题。针对上述问题,将拓扑优化引入点阵材料设计中,提出一种基于均匀化方法的多尺度拓扑优化方法,实现了变密度点阵结构体的优化设计,可根据实际载荷设计出最优的变密度点阵结构体,以达到最优性能。以汽车连杆为例,与现有商业软件HyperWorks采用的梁模型点阵优化方法进行对比验证。结果表明,所提出方法优化所得连杆的轻量化效果更好,应力分布更合理。该方法生成的变密度点阵结构有着更优异的性能,更适合变密度点阵结构体的优化设计。     

全预紧组合框架液压机的预紧力研究

在现代液压机设计理论中,全预紧组合框架结构是目前液压机本体结构的首选形式。拉杆预紧力的大小直接影响整个压机结构的稳定性。通过应用力学分析和数值模拟,对不考虑压机横梁变形和考虑压机横梁变形两种情况下预应力结构的工作过程进行分析,分别给出预应力机架在预紧过程中和加载后立柱和拉杆变形的理论计算公式;同时推导出加载后机架残余预紧力的理论计算公式,并与有限元计算结果进行对比。为反映压机工作时拉杆预紧程度对立柱残余压力的影响,给出立柱剩余预紧系数的概念及其计算公式并给出取值范围,为预应力结构液压机的设计计算提供新的理论计算方法。     

支撑结构多目标拓扑优化设计研究

以支撑结构为对象,研究了多工况下结构材料的最优布局和结构固有频率最大化的多目标优化问题。在基于变密度连续体结构拓扑优化方法的基础上,采用折中规划法研究多工况下多目标优化函数问题,建立了支撑结构的拓扑优化模型,利用分析层级法确定了各子目标的权重,进行了多目标拓扑优化,得到了材料的优化布局方案,减轻了结构质量,提高了结构固有频率。研究表明拓扑优化方法适用于板壳类结构的优化设计。     

微型货车车架的拓扑优化设计

车架是货车的关键部件,其动态特性直接影响整车振动和使用寿命,其中如何避免车架与其他零部件的共振一直是整车开发的关键问题.本文首先基于SIMP密度一刚度插值模型和优化准则法,建立线弹性连续体结构刚度拓扑优化的教学模型,对中间密度材料进行研究,得出惩罚因子的取值范围;并对与怠速工况下的发动机极易产生共振的货车车架结构进行了拓扑优化;由优化结果得出了改进的尾部横梁结构,并减轻了横梁质量,减重效果为15.63%.     

四柱式万能液压机立柱润滑系统存在的问题及其改进

四柱式万能液压机结构简单、通用性强,在汽车、机械、冶金、轻工等行业中使用较多,但因立柱的润滑系统存在缺陷,以致立柱容易拉伤,表面剥落,出现沟槽。笔者走访和调查了许多用户,他们都认为这是一个带普遍性的问题,维修时间长,且难于根治,周而复始地造成恶性循环。我们对YA32-500四柱式万能液压机的立柱多次拉伤进行了认真的分析和研究,发现立柱拉伤的主要原因是由于立柱上部的润滑不良所致。立柱润滑系统原结构如图1。当压机的活动横梁作上下往复运动时,润滑油经润滑油孔流入活动横梁与立柱之间,对立柱的下部进行润滑,但立柱的上部由于压盖内槽装有防尘毛毡,将立柱上的润滑油几乎全部刷去,即使在外上部加油     

SIMP插值的约束层阻尼结构拓扑优化

针对约束层阻尼结构拓扑优化问题,采用SIMP插值模型和变密度方法,构建了以模态损耗因子为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。推导了模态损耗因子对设计变量的灵敏度表达式。采用优化准则法,计算了约束层阻尼的最优拓扑构型,给出了拓扑优化计算的流程。结果表明:采用该拓扑优化方法对约束层阻尼材料进行优化布局,能在减少阻尼材料用量的前提下,显著提高结构模态损耗因子,降低频率响应幅值。