黄金分割在箱型梁筋板优化设计中的应用

针对箱型梁优化设计,首次利用黄金分割原理来进行筋板结构设计和布局优化.结合黄金分割迭代法与对称性进行筋板布局优化;利用有限元软件ANSYS Workbench分别对原模型与改进模型进行有限元分析与数据对比.实现了筋板的结构优化与轻量化,对结构设计提出了一种新的思路与方法.     

结构减重中车架横梁上加强筋对局部应力影响分析

通过建立某半承载式客车整车骨架有限元模型,利用有限元分析手段,采用对比的方法提出加强筋布局的有效加强区域和非有效加强区域,从最大应力角度分析加强筋在有效加强区域内不同布局对V型推力杆支座连接件在制动瞬间的加强效果,体现加强筋的加强作用。在连接关系和焊接工艺允许的前提下提出3种加强筋布局方案,并对比3种方案的应力分布规律和应力极值,确定加强筋在有效加强区域内的最优布局,并以最优布局的结构为基础,在整车模型下进行尺寸优化和优化结果的分析验证。由分析结果得出,在有效加强区域内合理设计加强筋,能有效提高局部承载能力,在保持原承载能力的基础上进行尺寸优化,减轻结构的质量。     

机床床身结构综合优化设计技术

针对目前常用的内部布置加筋板的箱型床身结构,提出一种同时考虑床身结构的动静态刚度和经济性的综合优化技术。由于床身结构的动静态刚度和质量与支撑垫铁的位置、内部加强筋板布局以及各构件的厚度尺寸有关,提出的综合优化设计技术包括以下3个层次:首先以结构的最大静动态刚度最优为设计目标,对床身结构的垫铁位置进行优化;其次在多工况情况下,以结构的最大静态刚度最优为设计目标,对床身结构的内部加筋板布局进行优化;最后以结构质量最小,以结构的动静态刚度为约束条件,对构件的尺寸进行优化。优化结构表明,采用提出的设计方法,在床身结构质量减小24.48%的情况下,结构的一阶固有频率提高7.83%,结构的导轨静变形有所变差,中间段偏离零线0.5μm左右,但并不影响加工精度,可通过预修正来抵消变形,说明了提出的设计方法的有效性。     

装载机动臂的应力分析

装载机是工程建设中重要的机器之一,动臂是装载机工作装置的主要承力构件。文中采用Pro/E创建有筋板的动臂三维模型,然后导入ANSYS中,以偏载工况为例,对其进行应力分析。分析结果显示筋板对耳板、横梁处的应力分布有一定的影响,对动臂板的应力分布影响不大,最大应力集中点在动臂与动臂油缸铰接处。     

井下隔爆箱体结构的优化分析

针对目前井下隔爆箱结构重量大,影响移动便捷性的现状,利用有限元仿真分析的方法对井下隔爆箱结构进行优化,实现在增强隔爆强度的情况下减少结构重量的目的 .根据实际应用表明,选择厚度为7mm的大波纹型波纹板,在波纹板的外侧对称设置2个筋板,在波纹板的内侧设置1组加强板,同时在箱体外侧增加散热加强筋条的方案,能够将箱体的最大应力降低11.7％、箱体的最大变形量降低39.1％,可显著提升隔爆箱的应用灵活性和可靠性.     

基于拓扑优化的装载机工作装置结构轻量化设计

基于拓扑优化对装载机工作装置结构进行轻量化设计,建立装载机工作装置的有限元模型,在五种工况下对工作装置进行有限元分析,得到应力云图,显示动臂的应力裕量较大。通过HyperWorks软件Optistruct模块建立动臂参数化模型,以质量最轻为目标函数,以动臂两侧板各单元相对密度为设计变量,以结构强度和刚度为约束条件,进行轻量化设计。结果表明,在满足结构强度和刚度的条件下,动臂的质量减轻19.25%。对优化前后的动臂实体模型进行模态分析,确认前六阶频率和振型变化不大,动臂的动态性能稳定可靠。     

基于元结构的数控钻镗床床身静动特性分析及结构优化

为提高轴承保持器专用数控钻镗床床身的抗振特性,运用Pro/E软件建立床身的实体模型,利用有限元分析软件ANSYS分析床身的静动特性,找出了床身在设计上的缺陷,并提出了改进方案。在此基础上以元结构分析结果为依据,通过对床身内部筋板重新布局及增加出砂孔的方式对床身结构进行优化,优化后的床身结构总质量降低26.1%,床身基频提高21.7%,取得了较好的优化效果。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

基于响应面法的挖掘机三油缸结构动臂轻量化设计

考虑到三油缸结构动臂的结构特殊性,以及传统经验方法在结构设计上的保守性因素,提出了基于响应面法的变厚度轻量化设计方法,并搭建了基于多学科优化软件Isight、有限元软件Nastran以及利用Python语言二次开发的集成优化环境。基于板壳理论与测试数据建立了三油缸结构动臂危险工况的有限元参数化模型,并以其主要板厚尺寸为初始设计变量,以结构强度、刚度及重量为模型响应,结合最优拉丁超立方设计法对初始变量进行了灵敏度分析,使用筛选后的设计变量拟合响应面模型(RSM);以结构强度和刚度为约束条件,动臂质量最小为目标函数,采用多岛遗传算法对响应面模型进行优化。结果表明,在保证结构性能的前提下,该方法轻量化设计后的动臂减重14.7%,优化效率较有限元模型提高84%左右,优化效果显著且大幅度缩短了设计周期。     

基于多目标的磨床床身结构优化设计

在充分考虑磨床床身动静态特性及床身整体质量的前提下,针对某型号五轴联动数控磨床床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸的最优化选取,提出了一种基于多目标优化理论基础、以优化过程中床身最大静变形为约束、以床身整体质量及一阶固有频率为优化目标的床身结构优化设计方法.利用ANSYS Workbench软件进行有限元分析及优化,并通过灵敏度分析得到影响磨床床身动静态特性及床身整体质量的参数的权重占比,确定磨床床身在动静态特性下的薄弱环节及主要影响参数;在不改变床身基本尺寸的条件下,对床身内部筋板布局及筋板厚度尺寸进行优化,根据寻优结果,得到了床身的最佳优化方案.最终仿真结果表明,在床身整体质量减少40.4 kg的情况下,其最大静变形减小11.3％,一阶固有频率提升了 4.2％;与传统优化方法中提升固有频率、减小最大静变形量往往会造成床身整体质量增加的结果相比,该方法更为有效.     

挖掘机动臂疲劳可靠性分析

为了评估挖掘机动臂结构的疲劳可靠性,以某6t挖掘机动臂为研究对象,对结构进行了合理简化,使用ANSYS有限元分析软件构建挖掘机动臂结构计算模型,分析计算载荷,进行静态强度分析,提取各工况下结构的应力应变最大节点,采集应力应变数据,确定结构的应力和应变时间历程,考虑挖掘机动臂结构设计中材料性能的随机性,采用RBF神经网络响应面法计算危险点处的可靠度,得出明确的可靠度指标,研究结果表明该动臂结构据有良好的疲劳可靠性。     

Mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths

In order to solve the problem that hydraulic excavator in the real working process cannot meet the design requirements and reveals insufficient digging force, a new method on mechanism optimal design of backhoe hydraulic excavator working device based on digging paths is introduced and discussed in this paper. Considering the characteristics of consecutive digging process of hydraulic excavator, a digging path is composed of bucket digging trajectories and arm digging trajectories. The feasible working region is divided into a series of uniform paths according to the working position of boom. The practical digging performance of excavator is evaluated based on the digging force parameters under combined work condition of the discrete points on the digging paths. It is turned out that the method is more accurate to analyze excavator’s real-world digging performance via the analysis of some practical cases. Based on the new digging performance analysis method, the optimization mathematical model is built to ensure the digging force under combined work condition and the average digging force of every operating path as big as possible. The layout design of hinge position on the working device is optimized through genetic algorithm. The optimization result shows that a certain model of an excavator’s maximum digging force on the customary digging paths is improved by 10% and the average digging force is improved by 4% after the optimization on the working device of the excavator with weak digging force.     

WK-4型挖掘机起重臂的结构与分析

文中对WK-4A、WK-4B、WK-4C型挖掘机起重臂的结构进行了分析,从而提出各型控掘机起重臂结构存在的问题,确定一种更加适应挖掘机工作工况的起重臂结构形式。     

薄板结构低噪声仿生拓扑优化方法

针对薄板结构的低噪声设计问题,以结构声辐射功率最小化为优化目标,借鉴植物脉序分枝结构的构型特征,提出了薄板结构加强筋布局的仿生拓扑优化方法。以结构应变能最小和释放局部最大剪应力作为加强筋主脉和次脉的生长准则,以广义Murray准则作为加强筋脉序的分歧准则,构造了具有脉序分级特征的加强筋自适应生长算法。以固支薄板结构的横向弯曲振动及声辐射问题为典型算例,对比分析了仿脉序分布加筋板结构的声辐射功率和振动功率流的分布特性。数值结果表明,与相同体积约束下的正交加筋布局方式相比,仿脉序分布加筋方法使薄板结构具有更优的声振特性,进而验证了薄板结构加强筋仿生布局降噪方法的有效性与可靠性。     

基于遗传算法的轮式挖掘机折叠动臂轻量化设计

以某型轮式挖掘机折叠动臂工作装置为研究对象,针对其工作要求和工况特点对动臂结构进行分析,以质量最小为目标函数,依据强度、刚度等性能要求构建优化数学模型。考虑约束非线性规划问题的特点,采用遗传算法进行参数优化,以所得参数建模导入ANSYS软件进行应力分析。所得结果表明,此方法能有效的减轻前动臂质量,达到轻量化设计的预期目标。     

液压挖掘机动臂动作节能研究

针对液压挖掘机在动臂动作时有较大节流损失的问题,该文以22T某型号正流量挖掘机为例,分析了动臂普通流量再生回路的原理并建立数学模型和Amesim仿真模型,并在此基础上提出了新型的动臂液压回路的节能方案。通过对两种动臂液压回路节能方案仿真结果对比分析,得出新型动臂液压回路比普通流量再生回路更加节能。     

液压挖掘机动臂有限元分析

在UG软件建立液压挖掘机动臂钢结构的三维模型,并导入ANSYS软件中,根据动臂特点施加边界条件、载荷,进行了有限元计算。得出动臂在两种工况下应力应变等情况,为液压挖掘机优化设计和可靠性设计提供了参考依据。     

基于虚拟样机的液压挖掘机工作装置最大挖掘力分析

针对液压挖掘机工作装置挖掘力的分析计算与优化问题,对工作装置在斗杆挖掘工况下的最大挖掘力及工作装置关键铰接点空间位置对其最大挖掘力的影响进行了研究,提出了采用机械系统与液压系统联合仿真的方法,建立了某液压挖掘机工作装置的虚拟样机模型,分析斗杆油缸以系统最大压力工作,铲斗油缸、动臂油缸闭锁时,在整个挖掘范围内,工作装置的挖掘力图谱,并确定了最大斗杆挖掘力.在此基础上,以最大斗杆挖掘力为设计目标,通过试验设计方法,研究了工作装置机构铰接点空间位置对斗杆挖掘工况下最大挖掘力的影响.研究结果表明,液压挖掘机最大挖掘力达到国外同类产品水平,同时找出了铲斗最大挖掘力位置及数值,为工作装置优化设计和结构强度分析提供了有效依据.     

多种脉动真空灭菌器的数值分析

对多种脉动真空灭菌器进行建模、求解和有限元分析。在内壁厚度、材料和工作压力等相同的情况下,重点对绕带式和夹套式结构、焊缝形式、加强筋的布局和种类等做对比分析。模拟结果表明在满足良好封闭性的前提下,绕带式灭菌器内壁上的最大应力值最小,为最理想的结构;对于夹套式结构来说,全焊缝应力集中值较小;断续对称焊缝好于交错焊缝;加强筋尺寸和型号选择灵活。整体来说,加强筋在内壁上均匀分布有利于降低最大应力,提高产品的使用寿命。     

挖掘机动臂板焊接温度场模拟及影响因素分析

利用有限元方法对挖掘机动臂平板对接焊温度场进行了分析,采用Goldak椭球热源模型,应用DFLUX子程序定义热源模型的位置、大小、热输入以及焊接速度等参数来模拟瞬态温度场的分布及其变化,在此基础上通过改变焊接热输入、热源模型参数和焊接速度来分析其对温度场分布的影响规律.研究结果表明,由于焊接热源具有集中移动的特点,焊接热源模型参数以及焊接速度对焊缝区和热影响区的温度分布影响比较明显,热输入的变化与最高温度的变化大致呈线性关系.运用有限元法,选取Goldak椭球热源模型通过DFLUX子程序可有效进行挖掘机动臂平板焊接的数值模拟.