基于多学科可靠性优化的控制臂设计

为对悬架控制臂轻量化并保证其性能可靠性,采用了多学科可靠性优化方法。采用悬架多体动力分析方法获得控制臂的边界条件并进行了有限元分析,采用确定性优化方法对控制臂进行拓扑优化;采用Hammersley抽样方法,对拓扑优化后的控制臂进行多学科可靠性优化,得出可靠性优化模型质量比原模型降低了14.9%。与确定性优化相比,可靠性优化模型质量也略有降低,总体刚度及低阶频率都有提高。结果表明,多学科可靠性优化后控制臂满足性能可靠性要求,验证了设计的合理性。     

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.     

纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计

基于Hyperworks软件对某纯电动客车车身结构进行有限元分析并采用拓扑优化方法对车身结构进行了轻量化研究。建立了大客车骨架结构的有限元模型并对其进行静力分析与模态分析。对大客车骨架结构进行拓扑优化设计并根据拓扑优化分析结果、车身骨架的设计要求和制造工艺要求,获得了拓扑优化后的车身骨架结构。对优化前后的大客车骨架结构性能进行对比分析,结果表明:在满足工程要求的前提下,优化后的车身骨架减重率为6.76%,取得了一定的轻量化效果。     

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%。     

长大平车车体结构的拓扑优化设计

在对长大平车车体进行静强度和疲劳强度分析的基础上,分析关键部位的位移和应力指标对车体结构板材厚度的灵敏度,并基于灵敏度信息确定主要板材结构的拓扑优化模型,利用优化求解器进行拓扑优化.基于拓扑优化结果,给出车体结构的新设计方案并校核其静强度及疲劳强度.新设计方案在保证车体强度的同时,使车体减重1.3 t,较好地实现了车体轻量化的目的.优化结果为长大平车车体结构的创新设计提供了有价值的参考.     

纯电动物流车电机悬置支架结构优化设计

基于纯电动车对轻量化设计要求的提高,提出了基于CAE的结构优化设计来实现电机悬置支架的轻量化设计目标。首先建立了原支架结构的有限元分析模型,分析得到了原结构在4种工况下的应力及变形分布;在此基础上建立了拓扑优化设计模型,分别对前支架、后左支架及后右支架进行了结构优化设计,与原结构的强度进行了对比分析,结果表明优化后的电机悬置支架在保证强度及刚度满足要求的前提下,减重14.2%。     

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%.     

基于有限元法的某电动汽车差速器壳体轻量化设计

针对某款电动汽车差速器壳体结构的轻量化设计方法展开研究,基于Hypermesh有限元平台建立差速器壳体有限元模型,对其进行静力学分析以及模态分析,证明差速器壳体有足够的优化空间。以优化区域密度为设计变量,最大应力不超过材料屈服强度、一阶固有频率不小于主要激励引起的共振频率为约束,优化区域质量最小为目标,对差速器壳体结构进行拓扑优化。优化后的差速器壳体较优化前质量降低约13.6%,满足强度要求且固有频率较高,实现了差速器壳体的轻量化设计。     

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。     

基于代理模型的焊接构架纵梁优化设计

以城际动车组焊接构架纵梁为研究对象,以构架纵梁的总体积为目标函数,以应力和位移为约束对其进行了拓扑优化设计.在拓扑优化结构的基础上,基于等效结构应力法分析纵梁相关焊缝的疲劳累积损伤值,并以纵梁板厚为设计变量,考虑应力、位移和焊缝疲劳累积损伤约束,构建焊接构架纵梁的抗疲劳轻量化模型.为有效地求解该优化模型,引入基于Kriging代理模型的序贯近似优化方法,并结合多岛遗传优化算法进行求解.经过拓扑优化设计和抗疲劳尺寸优化设计,最终实现纵梁结构减重约20.6%,该工作为城际动车组转向架构架设计提供了参考.     

高速动车组排障器结构轻量化研究

依据某高速动车组排障器的静强度计算结果,利用HyperWorks有限元仿真软件对其结构依次进行拓扑优化和尺寸优化.综合考虑制造工艺、外形美观和型材参数等因素,对优化结果进行修正得到最终方案.结果表明,在满足静强度相关要求的前提下,排障器结构整体减重14.45%,材料利用率显著提高,轻量化设计取得显著效果,为日后排障器结构设计提供参考.     

地铁车冲击座的拓扑优化

依据某B型不锈钢地铁车冲击座静强度分析结果,以冲击座为研究对象,利用Opti Struct软件对两种工况下的冲击座结构进行拓扑优化.依据拓扑优化结果,同时考虑制造加工工艺及装配等因素,提出了两种冲击座改进方案.对比分析两种改进方案,确定了最优方案.最终结果表明:与冲击座原结构比较,最优方案的冲击座结构应力分布均匀,质量减少了33.0%,取得了良好的轻量化效果.为今后地铁车冲击座的设计和改进提供了有价值的参考.     

XT型减振器座的拓扑优化实践

为改善XT型减振器座的承载效果,利用拓扑优化方法辅助进行了结构设计.介绍了拓扑优化的基本理论,对减振器座的拓扑优化的过程进行了较为详细的描述.在考虑XT型减振器座的空间限制及材料受力约束的前提下,以Hyperworks为工具合理定义拓扑优化的求解条件,应用变密度法得到了满足设计需要的有效结构,相比初始设计方案结构受力分布状态大大改善.优化结果表明:拓扑优化设计能够提高材料的使用率,降低生产成本,减轻结构自重,在今后的机械设计中将成为一种主要的设计方法.     

基于运动构件的拓扑优化方法研究

针对运动机构中零件拓扑优化设计的问题,利用刚柔耦合动力学仿真分析为运动构件提供边界条件,进而利用惯性释放进行分析。利用惯性释放的方法可以保证复杂运动机构中零件拓扑优化方案的可信度。以转向连杆机构中某零部件为例,介绍了运动构件的拓扑优化新的设计思路。     

基于拓扑优化的某活塞轻量化分析

针对某发动机活塞轻量化问题,进行了该结构模型的热机耦合分析,在此基础上完成了对活塞的变密度法拓扑优化设计,并从应力、变形、体积(重量)等方面对优化前后计算结果进行了比较和总结.研究结果表明:选择相同的材料,活塞质量较优化前降低了约6.471％.优化后模型的最大形变量有所降低,应力峰值减少了16.73％,均力分布有所改善.     

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.     

汽车驱动桥壳的有限元分析与轻量化

利用CATIA软件建立驱动桥壳的三维模型,选取桥壳的最大垂向力、最大牵引力、最大制动力、最大侧向力和最大静应力典型工况,并施加相应的约束和边界条件,在Hyperworks中对桥壳进行有限元结构分析。分析结果表明,桥壳的强度及刚度性能满足要求。在最大静应力工况下,运用Optistruct优化模块对驱动桥壳的盘面和板簧座进行结构优化,优化后桥壳的应力集中位置得到转移和分散,桥壳应力分布较均匀,实现了桥壳的轻量化。     

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。     

一种新型移相控制FB-ZVZCS-PWM变换器

为克服全桥零电压零电流变换器现有拓扑结构电流应力大、控制复杂、稳定负载范围窄等缺陷,提出了一种新的基于移相PWM(脉宽调制)控制的变换器拓扑结构.该拓扑结构在负载率大于15%时能稳定地实现超前臂和滞后臂的软开关,并且电流应力大大减小.建立了该拓扑结构的小信号模型,用Matlab对其动态性能进行了仿真分析.最后,试制了一台容量为8 kW,输出电压为110 V的样机,证明了理论分析的正确性和参数设计的合理性.     

基于应变能的结构拓扑优化设计

基于在优化结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路，结合传统渐进结构优化法和单元应变能分析，研究了基于应变能的结构拓扑优化方法，给出了结构拓扑优化的基本原理，导出了具有单元增、删功能的渐进结构优化基本公式。对具有各向同性的均质材料的桥墩和桥梁结构进行了仿真设计，结果显示结构的最大与最小应变能的差距显著减小，其拓扑解类似于工程中出现的结构，表明该方法的基本原理可行、有效。