考虑屈曲响应的碳钢客车车体底架结构的拓扑优化

利用子结构和拓扑优化相结合的技术,研究碳钢客车车体底架结构的稳定性问题.首先,在1280kN车钩压缩载荷作用下,对某碳钢车车体结构进行线性屈曲分析,指出底架薄板部位因纵向刚度不足导致其屈曲因子偏低;然后,开展整车级底架失稳区域的典型结构的基于屈曲响应的拓扑优化,分别将碳钢车车体底架侧门和端部区域的典型结构定义为非子结构,其它车体单元定义为超单元,它们的边界结点定义为出口结点;接着,依据两典型结构的拓扑优化结果,确定优化设计方案;最后,经整车级结构的稳定性分析,优化结构的屈曲因子分别提高了0.67和0.95.这种考虑屈曲响应的、借助子结构方法的整车级高效的底架拓扑优化技术可推广到车体其它部位的优化设计中.     

城市轨道交通网络首班车时段时刻表优化研究

城市轨道交通首班车时段的客流规律与其他时段不同,依据时段内客流的规律来制定线网列车衔接方案与时刻表,可以提高乘客的换乘效率和减少换乘等车时间.基于简化的线网拓扑,考虑乘客和运营两个方面,以乘客换乘等车时间成本和线路发车成本最小为目标,构建首班车时段列车时刻表的优化模型,并利用遗传算法进行求解.最后,通过深圳地铁网络的首班车客流数据验证模型的有效性.结果表明:优化后的首班车时刻表减少了乘客换乘等车时间成本和列车发车成本,可以为制定首班车时段时刻表提供依据.     

某跨座式单轨车冲击座轻量化研究

通过HyperMesh软件Optistruct求解器对某跨座式单轨车底架冲击座进行了静强度分析,在超载拉伸工况和超载压缩工况下,冲击座的最大应力均小于许用应力,符合规范要求;在满足规范的情况下,对冲击座进行了拓扑优化和尺寸优化,确定了最佳的材料分布和最佳板厚,最终使冲击座质量减少了31.1％.优化效果可观,为以后机车车辆底架冲击座的设计提供了参考.     

基于机电耦合的自适应桁架结构最优拓扑控制

以自适应桁架结构为研究对象,发展了结构拓扑优化的理论,并将其应用于自适应结构的最优拓控制之中.首先求出了结构在设计荷载作用下的最优拓扑,然后考虑了两种情况下结构的拓扑重构;其一是结构同时又受到一随机外载的作用;其二是结构中某一在役单元突然失效.算例表明了方法的正确性和有效性.     

碳纤维复合材料车体结构强度仿真分析与结构优化

利用子模型和结构优化技术相结合的方法,对碳纤维复合材料司机室的地铁车体结构进行强度研究.基于复合材料力学特点,建立地铁车车体有限元模型;在EN12663-2010标准中静态载荷作用下,对其车体结构进行静强度有限元分析,运用Tsai-Wu失效准则对碳纤维复合材料司机室进行评价,找出其薄弱部位出现在司机室骨架上,并提出改进方案;最后,以铺层厚度和角度为设计变量,以Tsai-Wu失效因子小于0.9为约束,以CFRP质量最小为目标,对司机室骨架进行结构优化,优化后Tsai-Wu失效因子为0.897,骨架减重33％.     

基于HyperWorks的车门外把手拓扑优化设计

拓扑优化技术的应用在汽车零部件结构优化和轻量化设计、车身结构设计中有着十分重要的现实意义。本文基于HyperWorks的拓扑优化技术探讨了车门外把手轻量化的可行性。根据外拉式车门外把手的受力与约束情况,对某轻型载货车门外把手原始结构进行了静力分析,并建立了外把手的拓扑优化概念模型;在外把手拓扑优化结果的基础上,对车门外把手进行了二次设计;将二次设计后的车门外把手新结构与原始结构进行了对比分析,结果表明:新结构在维持原有强度、刚度基本不变的情况下,质量较原始结构减轻了28.79%。     

不锈钢点焊车体结构的耐撞性研究

某不锈钢点焊地铁车车体正面碰撞时,因其吸能结构吸能效果不足,致使客室区域出现皱褶变形情况.通过研究车体吸能结构的材料特性、壁厚、预变形以及结构形状对其吸能特性的影响,筛选出最优车体吸能结构.车体改进后前端吸能结构吸能占车体总吸能的93.5%,较原方案提高28.2%.     

关节车端横梁裂纹原因分析及改进方案

为了对关节车端横梁裂纹产生的原因进行分析,采用有限元分析方法及Palmgren-Miner累积损伤法则,基于ⅡW标准进行了分析计算.结果表明：集装箱锁座处纵向惯性力导致孔边产生很高的应力集中,当关节连接器存在连接间隙时,关节连接器的纵向冲击将很快传导到端横梁位置,这种较高的交变载荷引起了端横梁的疲劳裂纹.为有效控制裂纹的再次发生,对多种改进方案进行了对比分析,其中端梁上盖板孔上侧及下侧均搭接5 mm补强板方案,工艺易于实现,抗疲劳性能良好,因此选择该结构为最终改进方案,并制定了可行的工艺实施方法.     

关节车端横梁裂纹原因分析及改进方案

为了对关节车端横梁裂纹产生的原因进行分析,采用有限元分析方法及Palmgren-Miner累积损伤法则,基于Ⅱ W标准进行了分析计算.结果表明:集装箱锁座处纵向惯性力导致孔边产生很高的应力集中,当关节连接器存在连接间隙时,关节连接器的纵向冲击将很快传导到端横梁位置,这种较高的交变载荷引起了端横梁的疲劳裂纹.为有效控制裂纹的再次发生,对多种改进方案进行了对比分析,其中端梁上盖板孔上侧及下侧均搭接5mm补强板方案,工艺易于实现,抗疲劳性能良好,因此选择该结构为最终改进方案,并制定了可行的工艺实施方法.     

基于机电耦合的自适应桁架结构最优拓扑控制

以自适应桁架结构为研究对象，发展了结构拓扑优化的理论，并将其应用于自适应结构的最优拓控制之中，首先求出了结构在设计荷载作用下的最优拓扑，然后考虑了两种情况下结构的拓扑重构，其一是结构同时又受到一随机外载的作用；其二是结构中某一在役单元突然失效，算例表明了方法的正确性和有效性。     

地铁车辆Mp车车体刚度及静强度分析

针对西安地铁一号线Mp车车体在各种工况下的刚度和静强度进行计算分析,并根据计算结果对该车车体结构进行了几处结构改进及相应的分析计算,确定了最终的Mp车车体结构.并应用有限元法对改进后的Mp车车体结构进行刚度和静强度的仿真计算分析,结果表明:该车体刚度和静强度均满足设计要求,各个工况下车体的最大应力值均未超过该点处材料的许用应力,并通过结果分析确定车体高应力区.     

辅助变流器用变压器承载结构疲劳强度分析及优化

针对某型辅助变流器样机在振动试验中出现变压器吊座裂纹的情况,对疲劳开裂的原因进行了分析,并优化了变压器吊座结构。同时应用有限元法对优化方案前、后的吊座结构进行了强度校核,并通过疲劳寿命与应力变化的关系公式估算了改进结构的提升效果。试验及装车运行结果证明了优化后方案的可靠性。     

考虑静动态多目标地铁车座椅拓扑优化设计研究

为了综合考虑静态刚度和动态频率的拓扑优化,提出了一种带有权重系数的多目标拓扑优化研究方法.基于SIMP变密度法,利用折衷规划法,采用正交试验设计法,灰色关联度法,熵权法和层次分析法等4种方法引入权重系数,建立了考虑静态刚度和动态频率综合优化目标函数.该方法对地铁车座椅模型实现了多工况柔度最小化和低阶频率最大化的多重目标...     

预应力结构的最小挠度拓扑优化

传统的预应力结构设计通常采用分步方式进行,先获得不包含预应力的最优结构,再布置预应力索.这种方法获得的结构未必具有最优性能.为了获得最优的预应力结构,在结构的拓扑设计阶段考虑预应力的影响,建立优化模型.目标函数为结构特定位置的位移响应,拓扑变量为单元的密度,其中位移响应通过叠加法获得.给出了结构最佳预应力值的确定方法,并推导了目标函数的灵敏度计算方法.算例结果表明,所提出的优化模型具有有效性,所得结果明显优于传统方法的结果.     

复杂断面地铁隧道开挖优化及对建筑物的影响

基于FLAC3D,建立了复杂断面隧道和建筑物的三维数值模型,以沉降量和结构应力最小为优化目标, 对5种工法方案进行了优化,以确定最优工法.用最优工法开挖隧道,预测开挖引起的塑性破坏区,并提出有针 对性的预加固措施.在对塑性破坏区进行预加固的条件下,预测各开挖段地表和建筑物基础的沉降特征及最大 沉降量,对比分析地表沉降曲面与建筑物基础沉降曲面的差异,评价整个开挖过程中建筑物和隧道关键结构的 安全性.数值模拟结果与实测数据规律一致,为复杂断面地铁隧道开挖的环境控制提供了重要的技术支持.      

基于DFSS商用车卧铺系统隔热性能优化设计

运用DFSS流程优化了卧铺系统原设计方案,综合对比分析得出最优的9种方案。通过参数设计方法深入研究了卧铺系统隔热性与隔热因子之间的关系。台架试验和实车试验结果表明:改进方案不仅显著改善了卧铺系统隔热性差的问题,而且降低了系统30%的重量。     

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.      

液压疲劳试验机连杆的优化设计

针对液压疲劳试验机中连杆质量过大所造成的各种弊端,首先通过动力仿真确定了连杆所受的极限载荷,然后采用有限元分析软件对连杆进行了拓扑优化,确定了连杆结构改进的初始方案,再对连杆进行尺寸优化,从而确定了连杆结构改进中的关键尺寸参数.最后对连杆进行了强度校核,结果表明:所优化的连杆强度满足相关要求.     

热传导结构概率-非概率混合可靠性拓扑优化设计

研究热传导结构在区间变量和随机变量共存时的拓扑优化设计问题.首先,考虑热传导结构材料物理参数和热载荷同时为区间变量和随机变量两种不同类型的变量,基于概率可靠性及非概率可靠性来衡量结构可靠性;其次,构建了以单元相对导热系数为设计变量,导热材料体积极小化为目标函数,满足散热弱度混合可靠性为约束条件的优化数学模型;最后,采用渐进结构优化法进行了求解.在两个算例中,最优拓扑结构的混合可靠度概率值分别为0.94476、0.94476,均大于各自给定混合可靠度概率值0.928650、0.933129,验证了所建模型的合理性及求解策略的有效性.