某越野车车架拓扑优化设计

拓扑优化技术能在给定的设计空间内寻求最佳的材料分布。根据某越野车车架的实际尺寸建立其三维拓扑优化设计空间,以车架质量分数为约束条件,车架柔度最小为目标函数,对车架的弯曲工况进行了单工况拓扑优化设计,并针对这一工况选择不同的优化参数进行了多次优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,分析并选择合适的拓扑优化参数。应用得到的拓扑优化参数,基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,针对汽车使用情况选择合适的工况权重因子,对车架进行了3种工况下的多目标拓扑优化设计研究。     

基于HyperMesh的车架拓扑优化设计

以轻型卡车车架为研究对象,采用HyperMesh建立车架的有限元模型,分析车架的模态,得到原始车架的刚度和模态性能数据。利用OptiStruct对车架进行拓扑优化,并对优化后的模型进行静态及动态特性分析。分析结果表明:优化后的车架结构扭转刚度提高11.5%、一阶扭转频率增大36.7%、一阶弯曲频率提升11.7%,车架总体质量基本保持不变。基于有限元方法的拓扑优化技术应用在车架设计方面是可行的,采用此项技术可以大大提高车架的整体性能。     

货车车架尺寸优化设计

以某货车车架为原型,研究车架的实际工况、载荷条件,以建立合理的力学模型,对车架进行强度、刚度进行系统的分析,提出合理的结构尺寸优化方案,在满足强度、刚度性能条件下,体积减少了23.9%。     

基于多学科多目标遗传算法的摩托车车架优化

建立摩托车架有限元模型,计算不同工况下的强度、刚度以及自由模态和约束模态,验证了一维管梁单元模型可代替二维壳单元模型进行仿真计算。采用正交实验设计对优化变量进行灵敏度分析和选择。以自由模态和约束模态频率为优化目标,强度、刚度以及轻量化为约束条件,建立多学科多目标遗传算法的振动优化方案,得到车架整体系统的最优解,提高了车架结构振动特性。     

基于HyperWorks的电动车车架有限元分析

以HyperWorks软件为平台对某电动车车架进行简化得到其有限元模型,并对其进行弯曲工况和扭转工况下的强度和刚度计算,分析表明:车架的强度和刚度都在材料屈服范围之内;模态分析发现,车架的7阶固有频率易引起共振应避免,为车架结构设计及改进提供理论参考依据。     

铁路货车转向架摇枕结构拓扑优化设计

利用HyperWorks/OptiStruct软件,采用密度法在应力约束条件下对铁路货车转向架摇枕进行结构拓扑优化,以拓扑优化得到的密度云图作为参考完成新模型的构建,并验证优化方案的可行性,在满足各种计算载荷工况静强度、刚度要求的基础上,摇枕质量减轻8.6%.为进一步对整车及零部件应用结构拓扑优化设计提供参考.     

连续体结构拓扑优化探讨与应用

以连续体结构为研究对象,对拓扑优化的插值方法、求解算法等进行了简单的探讨,将变密度法和优化准则法成功的应用到连续体结构的拓扑优化设计中.应用变密度法建立结构的拓扑优化数学模型减少了设计变量的数量;采用最优化准则法进行求解提高了计算效率.最后计算并讨论了双工况梁和MBB梁的拓扑结构模拟,取得了较理想的拓扑结果,达到了增强刚度、减轻结构质量的目的.     

某重型钢水罐车车架结构的有限元分析及优化

以某车架为研究对象,采用参数化有限元分析方法,进行了弯曲工况下应力和应变的计算。通过电测量验证了有限元模型的正确性,进而以车架的体积为目标,对车架进行了参数化模型的结构优化,得到了满足结构强度的最佳方案。     

基于SolidThinking Inspire的牵引车平衡轴支架结构优化

以某牵引车平衡悬架的平衡轴支架为对象,基于Optistruct求解器建立平衡悬架总成的有限元模型,设置单边跳动、满载制动和满载转弯工况并进行了静力学分析;在SolidThinking Inspire中采用拓扑优化方法,以支架刚度作为优化目标,以支架厚度作为约束条件,对支架进行拓扑优化设计,在CATIA中重新建立优化后的支架模型并进行验证。结果表明:优化后的支架在单边跳动和满载转弯工况下的最大应力分别下降了16.0%与10.3%,满载制动工况下的最大应力升幅为15.4%,减重近12%。     

电动物流车蓄电池支架优化设计

创建组合工况,采用加速度加载的仿真方法,基于变密度法和“包裹面”方案对电动物流车蓄电池支架进行结构拓扑优化,并通过尺寸优化对支架进行轻量化设计,得到符合性能和轻量化要求的结构设计方案。仿真结果表明,优化后的蓄电池支架整体刚度提高了10.5%,总质量降低了29.2%.     

基于ABAQUS重型自卸车副车架强度分析

针对某自卸车长时间使用后副车架局部出现疲劳裂纹的情况,以该重型自卸车副车架为原型建立计算模型,利用ABAQUS有限元软件对该副车架的不同工况进行静力分析。结果表明:在3种典型工况下,副车架产生的等效应力比较接近,扭转工况时产生的等效应力最大,为270.1 MPa,安全系数为1.26,满足强度要求;但车架前中部管梁处位移比较大,应力集中较明显,长时间使用后该处容易产生疲劳断裂。模拟分析数据可为重型自卸车副车架优化改进设计提供理论依据。     

基于3D打印的商用车保险杠结构改进

利用HyperWorks和LS-DYNA对某商用车保险杠进行模态、局部刚度、碰撞安全性能的仿真分析;以加权应变能最小化为目标,对保险杠进行拓扑优化,在此基础上进行结构改进,得到了一种可以3D打印成型的汽车保险杠设计方案。将改进后的结构与原模型相比,质量减轻了9%,且符合相关国家标准。     

基于灰色关联分析法的控制臂多工况拓扑优化设计

在考虑实际生产及装配使用的前提下,建立了控制臂拓扑优化空间模型,通过灰色关联分析法确定了各工况权重系数,采用折衷规划法对控制臂进行多工况拓扑优化。将得到的拓扑优化结果与原模型相比,重量减轻了9.78%,且满足强度及刚度性能要求,验证了设计的合理性。     

考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能, 利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型; 以双S型轨道车轮为设计蓝本, 分析了轨道车轮的辐板设计域, 提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法; 介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路; 根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准, 分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况, 不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构, 而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构; 对比了优化前后车轮辐板的应力, 并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性, 证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明: 利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的; 在车轮质量不增加的前提下, 优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚, 有效地减小应力集中, 降低结构应力; 对比原双S型车轮, 优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升, 分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%, 其中, 方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高, 并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。      

考虑二阶效应的空间刚架结构布局优化

针对三维空间刚架布局优化问题,以七自由度节点梁柱单元二阶弹性理论推导考虑构件几何非线性和截面翘曲变形的非线性刚度矩阵,通过整合梁柱单元非线性刚度矩阵对刚架结构进行整体的二阶弹性分析,建立满足刚架结构强度、刚度和稳定性要求的布局优化数值模型;并针对复杂刚架结构布局优化数值求解问题,改进遗传搜索算法（GA）,提出可靠拓扑和引导型遗传算法双向控制方法（KLGA）. 该方法一方面将拓扑变量从布局设计变量中分离,以构件重要度评定结构可靠拓扑变量组合,再与设计变量整合;另一方面将结构特有的引导信息加入算法中,为GA提供全局最优解的指引路径. 通过两种典型的刚架算例表明二阶效应模型和KLGA算法的可行性和有效性,例如算例2中基于二阶效应模型的KLGA得到的最优结构质量比GA减轻了24.5%,波动幅度从9.61%提升到1.39%,算法更加稳定.      

多工况载荷下机车排障器拓扑和尺寸优化设计

为优化某内燃机车排障器的结构性能和轻量化设计,对其进行多工况载荷下的拓扑和尺寸优化设计.运用OptiStruct软件对排障器进行基于变密度法的结构拓扑优化设计,确定排障器加强肋板的分布.随后,在拓扑优化的基础上运用尺寸优化设计方法对其进行轻量化设计,并对优化后排障器的强度和质量进行分析比较.对比得出,优化后排障器在两工况下最大应力降幅明显,均超过20.00％,质量减轻9.29％,结构应力分布更加均匀、合理,轻量化效果明显,为某内燃机车排障器设计提供了可行方案.     

基于有限元法的125型摩托车车架结构分析

针对某125摩托车局部振动比较严重,采用有限元分析软件ANSYS,对该款车架进行了结构模态分析,得到车架固有频率和振型。并与该车架的试验模态分析结果进行比较,认为建立的模型满足设计要求,为后续车架结构优化改进工作奠定了基础。     

南茅运河船闸双向人字门背拉杆预应力优化分析

增设人字门背拉杆并施加预应力对提高人字门抗扭刚度至关重要.利用ANSYS软件对双向挡水人字门在重力作用下自由悬挂和风、水压力作用下开关门运行以及单根背拉杆承受单位预应力等工况下的应力和位移进行数值模拟,得到人字门相应工况下的应变应力规律.通过建立背拉杆预应力优化模型,求解得到多组双向挡水人字门的背拉杆预应力优化解,并校...     

基于OptiStruct的万向联轴叉头孔两侧圆弧结构优化

针对万向联轴叉头孔两侧圆弧出现最大应力,导致叉头断裂的问题,采用有限元HyperMesh软件对其进行力学分析,得到叉头两侧圆弧处的最大应力和最大位移。并利用OptiStruct软件对其进行拓扑优化,最大应力从244.9 MPa下降到213.2 MPa,最大形状位移改变了6.39 mm。以最大形状位移为理论依据,对叉头进行结构改进。研究结果表明:以拓扑优化结论为依据改进叉头两侧圆弧结构,既降低了叉头间隙处最大应力,又满足叉头加工生产的要求。     

基于响应面法发动机支架的优化分析

运用响应面法,以提高发动机支架的强度、刚度为目标,在极限工况下对发动机支架进行了优化分析,找出其最优设计值,分析表明:在涉及结构参数、设计要求、优化目标函数等多变量情况时,该方法能得到较好的优化结果。