采用结构仿生的重型机床立柱的综合优化

以重型球形蜗杆砂轮磨齿机立柱为研究对象,以应变能最小和1阶固有频率最大为目标,以体积分数为约束,对重型立柱结构进行拓扑优化,得到复杂载荷下材料的最佳分布。结合结构仿生优化和尺寸优化对立柱内部复杂结构进行优化。优化前后立柱的静动态性能指标的对比结果表明:立柱的静动态性能显著提升,内部复杂结构的仿生轻量化和尺寸最佳得以实现,从而验证了综合优化的有效性。     

基于全局优化进行局部优化叠加的大型结构拓扑优化方法研究

针对现有的拓扑优化方法对所指定的设计域内的变量进行全局拓扑优化,从而导致对大型构件拓扑优化时局部区域最佳拓扑结构分布信息丢失的问题,提出一种基于局部结构特性扩散映射的全局拓扑优化方法。该方法首先对设计域内的局部区域进行拓扑优化,得到设计域内局部的优化信息,然后对得到的局部区域优化信息进行整合,得到全局整体的拓扑结构。通过与现有的商业软件ANSYS Workbench和全局优化方法做实验对比,结果表明所提出的优化方法相较于现有的优化方法具有两个优点：第一,所提出的拓扑优化方法可以较好的保留在设计域的局部拓扑结构信息;第二,所提出的拓扑优化方法可以对优化的结构进行尺寸控制。     

车身前舱正面碰撞路径的精益化设计

通过优化碰撞路径上的材料属性,加强件分布以及加强筋形式,得到了车身前舱正面碰撞的精益化路径,并对此路径进行正面100％重叠刚性壁障和40％重叠可变形壁障碰撞模拟仿真.结果表明:精益化碰撞路径满足C-NCAP五星碰撞对防火墙上脚踏板区域的侵入量以及等效加速度要求.     

基于应变能约束的梁截面拓扑优化

根据工程实际应用中最关注的最优设计和合理经济尺寸的问题,建立了以梁截面为设计变量,以结构总重量极小化为目标,考虑应变能约束条件的梁结构拓扑优化设计数学模型,并结合ESO方法和单元应变能分析,讨论了受弯曲载荷作用下的梁的截面形式拓扑优化,建立其参数化模型,最后利用ANSYS的优化模块对梁的合理截面参数进行了优化设计.结果...     

基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法

结合等效静态载荷的思想,提出了一种基于渐进空间拓扑优化技术的白车身传力路径规划方法,该方法引入专家系统,同时以车身造型和总布置参数为输入条件,从而使得到的拓扑优化结果尽可能满足工程实际要求。以某MPV的白车身传力路径规划为研究对象,对其进行考虑多种碰撞工况、顶压、多种刚度工况等的多学科拓扑优化方法研究,结果表明,基于渐进空间拓扑优化技术生成的车身拓扑优化结果能很好地满足工程设计要求,具有较高的工程实用价值。     

振动夹具的综合优化设计

夹具设计要求质量轻、刚度大。为了在这两者间取得平衡,文中综合使用拓扑优化和尺寸优化两种方法对夹具进行优化设计以实现设计目标。基于拓扑优化结果设计了夹具的拓扑优化模型。虽然相对于初始模型,该模型的第1阶固有频率降低了36.5%,但其质量降低了66.7%,表明拓扑优化效费比显著。以设计参数的合理设计范围作为约束条件,把使第1阶固有频率最大和夹具质量最轻作为优化目标来实施尺寸优化,得到夹具的详细设计模型。与拓扑优化模型相比,该模型的质量降低了3%,第1阶固有频率提升了6%。之后对振动夹具实施了随机振动试验。受试设备安装点的功率谱密度响应曲线的均方根值最大为输入谱均方根值的1.17倍,说明夹具具有良好的动力学传递特性,夹具的综合优化设计方法有效可行。     

风力发电机组轮毂结构优化

以中国自行设计的某MW级风机轮毂为研究对象,先对轮毂进行拓扑优化,验证拓扑结构,然后对轮毂进行自由尺寸优化,给出一种新型的轮毂结构,使得轮毂重量减少18.6%.优化后的轮毂不但节省材料的消耗,而且使得轮毂强度增加51.4%,疲劳寿命满足使用要求.     

OptiStruct在风洞设备结构优化设计中的应用

本文应用HyperWoks的集成模块OptiStruct对风洞架车转盘的回转台面在给定位移和应力约束条件下以体积作为优化目标进行了轻量化设计,首先通过拓扑优化明晰了结构设计形式,然后通过尺寸优化进行细节优化设计,结构优化后减重达到27%。     

基于HyperWorks的回转台承载框架结构分析与优化

本文论述了HyperWorks的RADIOSS解算器和OptiStruct优化模块在风洞架车的回转台承载框架结构分析与优化中的应用,使用RADIOSS对初始设计方案进行分析,将计算得到的性能参数与实验要求进行比较,进而采用OptiStruct寻找到载荷传递路径,对结构进行优化,在同时满足多工况使用需求下,实现了轻量化设计。     

电动改装轿车车身结构拓扑优化分析

把拓扑优化设计理论引入某电动改装车的承载式车身设计，利用先进的有限元分析软件，在电动改装轿车车身结构拓扑优化分析中实现了多工况、多状态变量条件下的拓扑优化设计，确定了下车身的最佳结构方案，进而在此基础上建立了新的有限元模型，并进行了模态、刚度和强度分析，设计出最终的下车身改造结构。     

白车身质量块安装点动刚度分析与优化

建立了某A级车白车身的有限元模型,对白车身的各质量块安装点分别进行动刚度分析,得到质量块安装点的源点加速度响应(IPI)曲线,并且判断出动刚度相对较小的频率段。通过对IPI曲线峰值产生原因进行分析,分别选择尺寸优化和拓扑优化的方法对质量块安装点的动刚度进行优化。结果表明,采用尺寸优化和拓扑优化的方法进行优化设计可提高质量块安装点的动刚度。     

轿车保险杠耐撞性结构设计的研究

以某型国产轿车保险杠为例 ,建立了保险杠低速碰撞有限元模型。分析了仿真计算中涉及的关键问题。对保险杠系统进行了耐撞性仿真研究 ,指出了保险杠系统设计的基本准则。保险杠低速碰撞试验验证了仿真结果的可靠性。     

机车车辆端部结构拓扑-参数一体化优化方法

拓扑优化方法广泛用于获取结构的优化构型,而参数优化方法用于具体结构参数的取优,为了整合这两种方法的优势并提供一体化优化方案,以机车车辆端部结构被动安全性为研究对象,提出一套可以同时考虑静态和动态载荷作用,适用于大尺寸结构的拓扑-参数优化方法。该方法的拓扑优化部分采用缩放能量权重的混合元胞自动机方法对端部结构进行综合耐撞性和刚度评估的拓扑优化设计,有效解决拓扑优化多工况中由于能量差异而导致的结果偏差;参数优化部分结合网格变形技术和自适应模拟退火优化算法对结构进行给定接触力约束条件下的参数优化。具体算例结果表明,利用该方法优化后机车车辆在正面碰撞中的关键接触力峰值下降26.2%～46.3%,变形模式更趋于合理;在侧翻碰撞中乘客生存区间的上下部安全距离分别增加24.8%和12.8%。     

拓扑优化在电梯轿厢架支撑结构设计中的应用

文中把拓扑优化设计理论引入某电梯轿厢架的支撑结构设计中,利用先进的有限元分析软件,完成了多工况下的电梯轿厢架支撑结构的拓扑优化设计。确定了轿厢架支撑结构的最佳结构布置方案,为后续设计提供指导。     

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%。     

基于非线性拓扑优化的汽车变厚度保险杠耐撞性设计

结合非线性拓扑优化方法和连续变厚度轧制技术对汽车保险杠横梁进行了耐撞性设计。推导了基于板壳厚度插值的非线性吸能灵敏度公式,并把灵敏度约束在轴向与周向上。应用该方法对三点弯工况下的保险杠进行优化设计,最终确定了保险杠的厚度分布。优化结果表明,等质量情况下,对比均匀厚度的保险杠,具有连续变厚度（TRB）结构的保险杠吸收能量值平均提升了近30%。     

汽车座椅结构的轻量化设计

针对当前许多拓扑优化结构中存在的制造工艺问题,提出了一种考虑挤压工艺约束和应力约束的拓扑优化模型。采用该方法对座椅骨架进行轻量化设计,并对新设计的座椅骨架进行校核。分析结果表明:新的座椅结构在满足各项性能和挤压工艺约束的同时达到了明显的轻量化效果,证明了该拓扑优化方法的可行性。