基于有限元分析的垃圾车车厢多级油缸支座结构优化

油缸支座是自卸式垃圾车车厢内的主要受力部件,在满足强度要求和保证一定安全系数的条件下,通过有限元方法对其进行结构优化,找到油缸支座质量最小的最佳结构参数,进而达到节约原材料、降低成本的目的。     

基于强度折减法的掌子面稳定性上限分析

为了研究在强度折减法下的掌子面稳定性问题,基于极限分析上限定理,把切线法引入刚性块体的非线性破坏机制,同时结合强度折减理论,构建了掌子面安全系数上限解的目标函数。运用Matlab中的fmincon函数对目标函数进行优化,获得掌子面稳定安全系数的最小上限解,并研究了各参数对掌子面安全系数的影响。结果表明:隧道埋深越大其安全系数呈线性减小;随着土体容重的增加安全系数呈减小趋势。此外,掌子面的安全系数对非线性系数m的敏感性也不同,随着土体容重的增加,非线性系数m对掌子面稳定安全系数的影响减小。     

基于疲劳试验的车轮拓扑优化和多目标优化

基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对16×61/2J型车轮的轮辐进行了联合拓扑优化,设计了一个带有镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立其弯曲疲劳试验和径向疲劳试验的有限元模型,计算其强度、刚度、疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数,并分析了这些性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成各性能指标的计算软件建立了车轮多目标优化模型,利用哈默斯雷和最优拉丁超立方试验设计分别提取了72和10个样本点,拟合了Kriging近似模型并检验了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量最小、弯曲疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数最大为目标,应力、位移和柔度为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化,得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮各项性能,选取了一个妥协解作为优化结果,并对优化前后车轮综合性能进行了对比。结果表明,在满足车轮各项性能要求的条件下,优化得到组装式车轮的质量比同型铸造铝合金车轮减小了29.42%。     

基于Hyperworks车轮辐板轻量化设计

以某车轮辐板为研究对象,建立基于Hyperworks的有限元模型。对通风孔进行优化布局,尽可能加大通风孔尺寸,满足制动散热需要,并对通风孔进行美观造型设计,满足结构强度、刚度和板厚度尺寸为约束,整体质量最小为目标的尺寸优化,得到最佳的尺寸配置。优化后的结构单件质量下降283g,单台车质量下降1981g,取得较好的优化效果。     

油气弹簧独立悬架横臂拓扑优化设计

针对重型特种车独立悬架系统双横臂结构,通过建立整车多体动力学模型,计算得到上、下横臂在3倍垂直载荷、侧翻和紧急制动工况下的受力。在此基础上,借助Optistruct拓扑优化软件,基于变密度法对上、下横臂结构展开了以体积分数(质量)最小为优化目标,结构位移为约束的拓扑优化设计分析,并对拓扑优化后的上、下横臂结构进行强度校核和跑车试验验证。结果表明,在结构强度和可靠性满足设计要求的条件下,拓扑优化后上横臂结构减重10%,下横臂结构减重7.9%,取得较好的轻量化效果并且降低了制造成本。     

基于多目标遗传算法优化和研究CIASI保险指数安全性能

以CIASI保险指数的正面25%偏置碰撞、侧面碰撞和车顶抗压为例,对如何提高乘员舱耐撞性强度和车身轻量化进行研究。将有限元整车碰撞模型解耦成乘员舱简易模型,对乘员舱简易模型主要结构件进行DOE试验设计并构建Kriging近似代理模型,基于非支配排序遗传算法对乘员舱强度和车身质量进行多目标确定性和可靠性优化。结果表明,优化后乘员舱强度提高10.18%,并且相比初始设计减重10.0%,为对应保险指数提供参考建议。     

基于响应面法的内燃机曲轴优化

针对内燃机曲轴的结构强度问题,以内燃机实际运行工况下整体曲轴有限元仿真为基础,通过中心组合试验方法进行采样,运用最小二乘法、显著性分析和拟合精度检测,构建并修正了曲轴结构强度计算的响应面模型,选择关键几何结构参数为设计变量,采用模拟退火与直接搜索相结合的协同优化方法对响应面模型进行优化。对某内燃机曲轴的优化算例表明,该优化方法能大大提高曲轴设计的优化效率,具有较高的精度。     

汽车机械式变速器多目标可靠性优化设计

以某轿车变速器为例,根据汽车动力性要求,在保证零件强度和刚度可靠性的条件下,按变速器齿轮系体积最小和传动齿轮重合度最大建立了变速器的多目标可靠性优化设计的数学模型,然后应用MATLAB优化工具箱进行联合优化设计计算。设计结果表明:该数学模型正确有效,采用多目标可靠性优化设计方法可以缩短汽车变速器的设计周期,减小其体积并改善传动平稳性。     

基于PSO算法的反力架设计与优化

为提升盾构隧道专用反力架轻量化水平和降低制造及运输成本,对其结构进行优化。首先,依据设计的反力架结构建立其有限元模型,并结合工程数据类比确定载荷条件,验算反力架强度及刚度; 然后,以所有板材厚度为自变量、反力架总质量为因变量,利用方差分析的方法获得主效应图,确定5种对结构总质量贡献量大的板厚为优化变量; 最后,以5种板厚为设计变量,强度、刚度指标作为约束条件,反力架质量最小为优化目标,采用PSO算法进行求解。结果表明： 优化后结构的最大应力为252.2 MPa,最大变形为10.6 mm,反力架总质量从305.78 t降至274.85 t,减重比例为10.1%(30.90 t),验证了结构优化的有效性。     

摩托车车架结构优化

首先建立了车架有限元模型,对其强度和刚度进行了分析;然后在疲劳试验机上进行试验,验证理论模型及分析结果的正确性.在此基础上,以车架轻量化为优化目标,车架主要构件截面尺寸为设计变量,刚度和强度为约束,对其结构进行优化,优化后车架质量减轻17.4%.     

电动自行车车架的静态分析与优化

本文利用有限元技术对电动自行车车架结构的静态特性作了详细的分析,使用AN SYS软件建立车架有限元模型,建模时根据车架的边界条件和结构特点,采用壳、管、梁和弹簧单元对车架结构离散化,通过耦合方式对车架各部件进行装配组合。对车架结构强度进行了优化,通过优化车架质量减轻了14.3%,车架的最大应力由原来的98.8MPa减小到82.7MPa,并使车架应力分布均匀。     

基于刚度灵敏度分析的宽体货箱优化设计

建立了某新型宽体货箱有限元模型,对其进行静刚度分析,并利用DHDAS静态信号采集分析系统对宽体货箱进行刚度试验,比对分析和试验结果,验证了有限元模型。以货箱最小质量为优化目标,部件厚度作为优化变量,建立优化模型。通过验证后的有限元模型对宽体货箱进行灵敏度分析,定义了刚度和质量综合影响程度的衡量优化指标,确定了尺寸优化的主要部件。经过优化,货箱质量降低了12.7%;弯曲刚度提高了6.05%,扭转刚度提高了1.3%。本文优化方法为货箱优化设计提供了参考价值。     

基于序列Kriging模型的汽车车身轻量化可靠性优化设计CSCD

为减少汽车车身轻量化可靠性优化设计的计算量并提高优化设计的精度,提出一种序列Kriging可靠性优化设计方法。以整车质量作为优化目标,选取整车耐撞性指标作为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型。采用Latin超立方试验设计生成汽车正面碰撞有限元仿真模型的样本数据进行计算,根据有限元仿真结果构建目标和约束函数的Kriging近似模型;采用序列优化与可靠性评定方法 (SORA)将该嵌套优化问题解耦为单层次优化问题;优化每一迭代步,基于Kriging模型采用功能度量法评定概率约束。结果表明:所提方法满足工程设计所需的效率和精度要求,满足了整车安全性、轻量化和可靠性设计要求,整车质量减少约1.4%。     

重型卡车多连杆转向系统阿克曼转向误差优化

为了减少某重型卡车多连杆转向系统转角误差,确定转向机构的结构强度,建立了重型卡车多连杆转向系统多体动力学模型;首先利用模型进行了转向系统运动学分析,确定转向系统转角误差,采用试验设计方法,求解转向系统转向误差最小的机构;其次,进行转向系统动力学分析,得出转向系统杆件的最大受力,并应用有限元方法,优化转向系统的结构强度;结果表明,转向系统转向误差明显减小,提高了转向系统的可靠性;转向系统的性能达到某卡车设计要求。     

刚度、强度与频率约束下的白车身板厚尺寸优化

全面地考虑了刚度、强度与频率约束,对某轿车的白车身结构进行轻量化设计。首先根据工艺要求对白车身结构进行了组件化建模,选取了关键的82个组件,每个组件中的板单元的厚度相同。其次在静态弯扭工况与自由模态工况下对车身结构进行了有限元分析。然后以质量最小为目标,以弯扭刚度、应力和前3阶固有频率为约束条件,板厚为设计变量,建立了白车身结构优化模型。最后采用序列线性规划进行非线性优化,取得了良好的轻量化效果:白车身质量减轻34.6kg,减轻率达11.4%。     

汽车前纵梁结构耐撞性分析及多目标优化设计

为提高汽车前纵梁结构的耐撞性和轻量化水平,文章对其进行多目标优化设计。基于动态落锤冲击试验,建立并验证了前纵梁有限元模型的准确性以及建模方法的可靠性。结合试验设计、粒子群优化（PSO）算法改进的支持向量机回归模型（SVR）和非支配排序遗传算法Ⅱ（NSGA-Ⅱ）,以减轻前纵梁质量和增加其比吸能为优化目标,对前纵梁的结构进行确定性优化和可靠性优化。结果表明,优化后的前纵梁结构耐撞性和轻量化水平都有了提升,同时也保证了设计的可靠性。     

某柴油机缸体主轴承座开档圆角开裂问题分析

应用有限元分析方法,针对试验失效方案建立有限元模型,并进行适当简化。按照试验工况,加载相应边界,计算在各工况下缸体失效部位的应力分布,以及在冲击负荷作用下的疲劳安全系数,查找失效原因,并对优化方案进行仿真校核,保证新方案结构的可靠性。     

新能源汽车减速器优化设计及仿真分析

文章研究了基于拓扑方法的某型新能源汽车减速器的优化设计。首先利用Pro-e进行减速器建模,将三维模型导入ANSYS,根据减速器受力情况确定其边界条件,然后以柔度最小为优化目标,利用拓扑优化设计算法进行计算,优化后减速器质量减小了15%,最后对优化设计进行静强度分析,仿真结果表明减速器模型满足材料强度要求,实现了新能源汽车减速器轻量化设计。     

自卸车货箱的结构强度分析及轻量化设计

为降低自卸车质量及油耗,提高自卸车运输效率,本文以某自卸车货箱为研究对象,利用HyperMesh对现状态自卸车货箱进行了两个典型工况的结构强度分析;在此基础上本文将货箱材料替换为高强度钢,以货箱各零部件厚度作为设计变量,以材料许用应力为约束条件,货箱质量最小为设计目标,在OptiStruct中进行尺寸优化分析并确定轻量化设计方案;最后再次利用HyperMesh对轻量化方案进行结构强度分析。结果显示优化后货箱结构强度得到一定提升,轻量化设计货箱质量降低了20.7%,成本降低387元,轻量化效果显著。     

基于有限元预测某支架焊缝失效及优化改进

为分析和改进国内某越野车在进行高空跌落冲击试验时,空调支架焊缝局部开裂问题,文章用UG三维软件建立了某越野车空调支架及焊缝模型,采用AnsysWorkbench软件受力分析预测了车辆高空跌落冲击过程中空调支架的焊缝强度,找出了焊缝可能失效的部位,提出一种封顶式加强筋设计思路并对其局部焊脚结构进行了优化改进。分析结果表明,改进后的焊缝在跌落试验中局部的应力减小49.9%～71.5%,安全系数显著提升,将增大该支架的可靠性和使用寿命,并经实物验证改进措施有效。