履带车辆车架的优化设计

建立了履带车辆车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,针对履带车辆车架应力分布不均匀现象,以各工况载荷下对应的柔度最小作为目标函数,体积和应力作为约束条件进行拓扑优化,得到了合理的车架拓扑结构。为进一步优化梁结构截面参数,以质量最小为目标函数,结构应力为约束条件,对车架进行尺寸优化设计,得到了满足强度要求的车架结构,并取得了良好的轻量化效果。该优化方法同样适合其他模型,对车架结构的改进方式具有指导意义。     

基于OptiStruct的摩托车车架结构优化

应用Hypermesh软件建立摩托车车架有限元模型,模拟摩托车三种常见工况,对车架的强度和模态进行有限元分析,并在此基础上,以车架主要构件截面厚度为设计变量,车架强度和模态为约束条件,车架质量为优化目标,通过OptiStruct对车架结构进行优化设计。优化后车架质量减轻了14.41%,车架结构强度与动态特性明显改善,并进行物理试验验证其准确性。     

农用三轮摩托车车架振动分析与结构优化

对某农用三轮摩托车车架的梁单元模型进行了强度、刚度和模态分析。在此基础上,以车架在极限工况下的强度、刚度和质量为约束条件,以主要梁管的截面尺寸为设计变量,以车架的第1阶固有模态频率为目标函数,建立了结构优化数学模型,并通过计算获得了最佳的结构截面尺寸参数,使车架在满足强度和刚度使用要求且不增加质量的前提下,提高了第1阶固有频率,改善了农用三轮摩托车的振动特性,从而为其车架结构的改进提供了理论依据。     

新型电动汽车车架轻量化优化设计

在总结车架发展现状的基础上,提出了一种电动汽车车架快速轻量化优化设计思路。根据目标车架的承载和长度,建立以纵梁重量最小为目标函数,以纵梁的截面尺寸边界条件、强度、刚度和稳定性为约束条件的数学模型。在MATLAb中应用遗传算法对车架纵梁截面进行尺寸优化,得到最优的目标纵梁截面尺寸。分别建立了优化设计所得新型车架1和经验设计所得新型车架2的有限元模型,利用ANSYS对两者进行工况对比分析。结果表明:在满足车架设计与使用要求的前提下,车架1较车架2轻量化19.5%,轻量化优化设计思路具有较好可行性。     

某微型电动商用车车架轻量化优化研究

针对某微型纯电动商用车自重的问题,对其车架结构尺寸、承载能力进行了研究,提出了一种车架轻量化优化设计思路。以车架横梁质量最小为目标函数,以车架横梁的截面尺寸边界条件、强度、刚度和稳定性为约束,建立了数学模型;通过Matlab中模拟退火智能算法工具箱,实现了对车架横梁截面尺寸的优化,得到了最优的车架横梁截面尺寸;利用CATIA软件建立了车架优化前后的三维模型,导入ANASYS Workbench软件建立了有限元模型,并在此基础上进行了静力学分析(满载弯曲与满载扭转)和模态分析。研究结果表明:车架优化后较优化前减重了13.43%;优化后的车架应力和变形满足材料Q235钢的使用条件;车架优化前后的低阶自由模态频率与路面激励频率重合率仅为4.8%,发生共振的可能性很小;车架轻量化优化设计思路合理。     

应用灵敏度分析的TY型自卸车车架结构优化设计

运用Hypermesh软件建立了TY型自卸车主副一体式车架的有限元模型,通过稳态力学分析发现该车架存在构件各部位所受应力严重不均衡的现象,并对车架结构进行了优化设计。通过对弯扭工况下车架构件的柔度系数灵敏度和质量灵敏度的计算,并基于灵敏度分析的结果确定优化设计变量,以车架的总质量最小作为优化目标,以车架的强度和刚度作为约束条件进行优化。优化结果表明:在满足车架整体性能要求的前提下,优化后的车架最大应力值明显减小,避免了应力集中现象,并且车架质量减轻了82kg,验证了该优化设计方法的有效性。     

基于刚度与模态分析的方程式赛车架结构轻量化

以第一代赛车车架为研究对象,运用CATIA软件建立方程式赛车车架有限元模型,并利用ANSYS软件对车架进行刚度、自由模态分析,获得车架低阶固有频率(前六阶)及振型.在此基础上,以车架质量最轻为优化目标函数,把固有频率作为约束条件,对车架结构进行了优化,使车架减轻了8 kg,实现了第二代车架轻量化设计.     

重型自卸车主副一体式车架轻量化优化设计

建立了TY型重型自卸车主副一体式车架有限元模型,通过稳态力学分析发现该车架整体强度过大,对车架结构进行了轻量化优化设计。该优化模型以车架部件的板厚为设计变量、以车架的总质量最小作为目标函数、以车架的强度作为约束条件进行了多工况下的优化,并对优化后的车架进行刚度对比分析,在保证整体强度和刚度的前提下,优化后的车架比原车架质量减轻9%,取得了良好的轻量化效果。     

东风重型载货汽车车架静动力学分析及优化设计

车架纵梁作为车架主要承载部件,其性能直接关系到汽车的承载能力与安全性。以国产东风重型载货汽车车架为研究对象,采用ANSYS Workbench建立有限元模型,对车架进行静力学和动力学分析。然后对车架纵梁进行优化设计,以车架轻量化和外载荷作用下变形量最小为优化目标,纵梁槽钢的截面尺寸作为设计变量,获得车架纵梁最优结构尺寸参数,实现了车架的轻量化。分析结果表明:在保证车架整体性能的前提下,车架最大应力值降低了3.9%,车架质量降低5.8%,并且优化后的车架防共振效果更好。该设计为车架结构的改进及优化提供了理论依据,具有重要的工程实用价值。     

轿车副车架轻量化设计

以某轿车副车架为研究对象,采用CATIA软件进行三维建模。应用Hyper Mesh对其进行网格划分,在制动工况下对副车架进行初始结构强度分析和自由模态分析。以副车架材料的许用应力及1阶模态频率作为优化的约束条件,利用Optistruct进行拓扑优化设计,副车架质量与原始设计相比减轻了10.28%,使其达到轻量化的目的。     

复合材料加筋结构的神经网络响应面优化设计

针对复合材料加筋结构优化设计的复杂性,提出利用人工神经网络结构近似分析响应面来反映结构设计输入与结构响应输出的全局映射关系的优化方法。通过正交试验设计选取合适的结构有限元分析样本点,进行神经网络响应面的构建和训练;将神经网络响应面作为目标函数或者约束条件,汇同其他常规约束条件完成优化模型的建立,并应用遗传算法(GA)进行优化,从而形成一套适应性强的的高效优化方法。以复合材料翼身融合体帽型加筋板的质量优化为实例,建立加筋板模型的重量响应面目标函数、强度和翘曲稳定性响应面约束条件;通过PATRAN/NASTRAN有限元软件进行有限元计算,获取用于响应面训练的样本点数值。算例结果表明,该方法能以很少的有限元分析次数取得高精度的响应面近似模型,并且使优化计算耗时大为减少,优化效率大大提高。     

用于航海模拟的Stewart平台的有限元分析与优化设计

在 ANSYS中利用耦合法对用于航海模拟的 Stewart平台直接建模 ,并在满负荷条件下对平台进行模态与动态分析。采用一阶方法对平台进行优化设计 ,使其在满足所有给定的约束条件下 ,确定具有最小目标函数值的结构设计并得出优化结论     

概念设计中的三维公差与结构同步设计研究

为支持产品概念设计的多结构方案优选和成本优化,提出了在概念设计阶段进行公差设计的思想。给出了指导概念结构设计的生长型设计过程模型,应用旋量对功能表面间的几何约束进行分析;在公差表示模型的基础上,自动选择基准框架,生成三维公差链并进行设计计算;开发了相应的软件系统支持设计过程。应用实例表明,公差与结构同步设计能有效地减少设计方案的反复修改,提高了设计的效率和质量,对CAD/CAM集成具有重要意义。     

基于ANSYS吊车支撑梁的分析设计及优化研究

本文根据某企业厂房的需求,按照常规设计方法完成了5 t吊车支撑梁的结构设计;采用ANSYS中APDL方式,建立了支撑梁结构的有限元分析模型,探讨了不同约束方式对支撑梁分析结果的影响,然后提出了以用材最省为优化目标的结构形状优化模型,采用子问题优化方法完成了优化迭代,得到的结果显示优化结果不仅能够满足其强度和刚度要求,而且使其用材达到最省,本文所开展的研究对同类产品的结构设计具有指导意义。     

封头无胎冷旋压机机架的有限元分析及优化设计

在对封头无胎冷旋压机机架进行受力分析的基础上,以分析软件ANSYS和建模软件SolidWorks为主要开发工具建立了在静态下的机架受力模型。基于组合机架的结构特点,分析并计算了机架上梁与预紧螺母之间的作用力。对旋压机机架施加载荷和约束,得到加载模型。经过有限元分析,计算了机身的强度和刚度,确定了危险点的位置,并对机架进行了拓扑优化分析。依据优化分析结果给出了具体的改进方案,得到了经优化后的机身结构,为旋压机整机的结构优化设计打下了良好基础。     

基于ANSYS和ISIGHT的EHA作动筒结构分析与优化

研究了飞机电动静液作动器作动筒的结构分析与优化问题。采用ANSYS软件对EHA的作动筒进行了载荷、模态和压杆稳定性等有限元分析。使用ISIGHT软件,以作动筒的质量最轻和变形最小为目标,同时满足静载荷约束和模态约束,建立了作动筒的优化模型,选用ISIGHT内嵌的NLPQL序列二次规划算法进行了优化设计,得出了优化结果。研究结果表明,用ISIGHT进行优化设计,工作量小,求解问题简单方便,得到的作动筒设计参数更为合理。     

摩托车整车振动性能匹配优化设计技术的研究

以整车有限元模型为基础,以降低整车振动为目标,基于MSC/NASTRAN,建立了摩托车整车结构优化的数学模型;针对整车振动性能的匹配,开发了辅助优化设计软件,进行了动力学灵敏度分析和优化设计。通过改变摩托车车架的板厚、管厚、管径,前后减震器的弹性系数、阻尼系数,悬挂系统的弹性系数等设计变量,在满足强度、刚度和其他要求的前提下,达到了性能匹配效果,实验验证了该优化算法和模型的可靠性。     

基于MSC.Nastran的钛合金SPF/DB结构优化设计

通过MSC.Nastran软件分析采用SPF/DB工艺制造的典型加筋板结构的稳定性,应用自行开发的优化设计方法对结构参数进行优化求解。软件在VB、VC混合环境下开发,系统界面十分友好,设置有可选的SPF/DB加筋板结构形式数据库,不仅可对钛合金SPF/DB加筋板结构进行快速优化设计,且可非常方便地考虑和分析工艺条件约束对设计结果的影响。软件系统已成功地应用于某型号飞机的结构设计,多个算例及试验证明了软件系统运行的可靠性和有效性,且具有良好的鲁棒性。     

模型驱动复杂机电系统软件与物理并行概念设计

并行设计是机电一体化系统概念设计的重要发展趋势,而软件作为复杂机电系统的重要组成部分,其早期设计通常与物理子系统串行开展,这极大限制了软件设计空间并导致严重的早期设计缺陷。为在复杂机电系统概念设计阶段实现软件与物理子系统的并行设计,提出了一种基于SysML的模型驱动软件与物理并行概念设计方法。将基于流的物理功能表示与基于数据/控制流图的软件功能表示相结合,提出了基于SysML的混合功能模型,通过该模型驱动软件与物理子系统设计的并行开展。在物理设计方面,基于功能效应匹配及时序规则模板实现带隐含时序约束的工作原理检索与筛选;在软件设计方面,基于分布式控制应用设计模式提出软件组件及其行为模型自动生成方法。最后,以移动机器人系统为例,展示了复杂机电系统软件与物理并行概念设计过程。     

注塑模适应性重构设计方法研究

针对复杂注塑模设计过程中的空间布局难题,提出了以重构约束的注塑成形单元需求-功能元-结构元映射模型为核心的注塑模适应性重构设计方法。通过功能元中引入的基于效应的行为理想区域和可行区域信息以及结构元中引入的行为区域信息,实现了面向空间布局的个体重构约束、隐性重构约束和显式重构约束的满意度量化评价,从而能避免或者显著减少结构元之间的空间协调冲突。给出了注塑模可重构功能元和结构元族模型、基于重构约束的功能元-结构元映射算法,通过工程实例验证了方法的有效性。