动力总成悬置支架多目标拓扑优化和强度分析

基于Optistruct,以支架的最小柔度、最大固有频率作为优化目标函数;以应力、体积作为约束函数,对一发动机后拉杆安装支架进行拓扑优化,优化结果表明:在满足悬置支架强度和模态要求下,质量减少了12%。     

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。     

基于虚拟仪器的车内噪声源识别系统研究

基于Labveiw的低开发成本及强实用性的特点开发了一套车内噪声源识别系统,实现车内噪声信号的采集与存储、功率谱分析、混合噪声分离等功能,快速定位车内噪声源,具有较强的实用价值。     

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。     

基于约束阻尼层的高速客车车体弯曲振动的抑制

为了降低车体的弹性振动,将车体考虑为两端自由等截面欧拉梁,建立了铁道客车刚柔耦合系统垂向动力学模型,通过幅频特性分析计算了系统各部件固有模态以及车体模态损耗因子对车体弹性振动的影响。对车体表面局部进行约束阻尼处理,通过合理假设推导了含有约束阻尼层的车体模态损耗因子的计算公式。数值分析结果表明:车体一阶弯曲自振频率接近人体振动敏感区域,为减小车体弹性振动,必须首先降低一阶弯曲振动。良好的乘坐舒适性可以通过增加车体结构的损耗因子来实现,车体局部贴附约束阻尼层可以增加车体结构阻尼。为了使车体结构获得最大的损耗因子,阻尼材料应该贴附在弯曲变形最大的位置,并且约束层和粘弹性层贴附长度和厚度有一个最佳值。只要选择合适的阻尼材料,就能获得很好的减振效果,从而达到提高高速客车乘坐舒适性的目的。     

基于遗传算法的77 GHz超材料微带天线拓扑优化

针对微带天线增益性能偏低的问题,提出了适用于77 GHz的常规矩形微带天线,并以此为基准引入超材料格子型基元,以天线增益为设计目标,有无超材料方格子为设计变量,基于遗传算法排布超材料基元的拓扑微结构。针对超材料基元拓扑构型中存在的点连接问题,引入冗余设计的理念重新优化设计,并分析了超材料天线高增益的机理。仿真结果表明：相较于常规矩形微带天线,其增益由7.32 dB提升到10.50 dB,增幅高达43.4%。     

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。     

基于Hypermesh的立式加工中心立柱结构的拓扑优化

立柱是立式加工中心影响加工精度和结构特性的关键部位,它的固有频率等动力学特性对整机特性影响非常大。通过有限元分析软件HyperWorks中优化模块OptiStruct对GSVM6540L2机床立柱进行单目标拓扑优化和多目标拓扑优化,并根据优化结果和经验对立柱进行了改进,提高了立柱的静动态特性和整机的静动态特性。     

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.     

基于参数敏度分析的轮毂轴承寿命多目标优化

为提高某型第三代轮毂轴承受载疲劳寿命,以额定动载荷和额定静载荷作为响应指标,采用正交试验设计对轮毂轴承结构参数进行灵敏度分析,以轮毂轴承滚珠数量、滚珠直径、节圆直径及内外沟曲率半径等主要影响因素作为设计变量,建立轮毂轴承疲劳寿命多目标优化数学模型。分别采用非劣排序遗传算法(NSGA-II)、多岛遗传算法(MIGA)和最优化粒子群优化算法(MOPSO)进行优化求解,得到了轮毂轴承最优结构设计参数,采用有限元仿真分析方法对优化前后的旋压铆合装配成形轮毂轴承疲劳寿命进行对比验证。结果表明：上述优化策略实现了由2个目标函数主导的轮毂轴承整体性能提升,改善了轮毂轴承各组件的应力集中情况,提高了轮毂轴承的疲劳寿命,优化后结构最大应力较初始设计降低了约5.1%,寿命较初始设计结构增加了约3.8%,表明轮毂轴承的疲劳寿命多目标优化设计是有效的。     

基于拓扑优化的客车骨架轻量化设计

以某混合动力客车车身骨架为研究对象,利用HyperWorks对车身骨架进行静态分析和模态分析。以客车车身骨架总柔度最小为优化目标,设计区域的体积分数为约束条件,设计区域各单元的相对密度为设计变量,对客车的车底骨架、车顶骨架及左右侧围骨架进行拓扑优化设计,提取出客车车身的拓扑结构。在4种典型工况下,对优化前和优化后的车身骨架的强度、刚度进行了分析。结合正面碰撞的模拟分析,验证了客车骨架在碰撞条件下的安全性能。结果表明,在满足车身性能的前提下,优化后的客车骨架减重5.25%,满足轻量化要求。     

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。     

基于拓扑优化技术的肋片传热优化设计

以删除温度梯度低的单元为优化准则,建立了肋片传热优化数学模型.采用基于选择逻辑的方法,利用Ansys中的APDL命令开发了数值求解程序.数值算例分析表明:基于温度梯度准则的ESO方法有很好的可行性和通用性.     

基于修正巴兰金理论的结构拓扑优化方法

为了探索具有工程实用性的结构优化新方法,应用渐进结构优化方法(ESO)对结构进行基于应力的拓扑优化.通过对巴兰金强度理论的修正,用单轴拉压极限应力比和单元主应力衡量单元应力水平,建立了一种基于修正巴兰金理论的渐进结构优化方法.算例表明,该方法可用于二维和三维结构的拓扑优化.     

基于多目标优化的智能车辆换道轨迹规划

为提高智能车辆换道轨迹规划的拟人性和实时性,提出了安全、舒适、节能等多目标协同优化的换道轨迹规划算法,该轨迹规划方法的适应性取决于车辆换道时间、纵横向速度及加速度等关键变量的约束条件;基于车辆运动学和动力学理论,分析了动态未知环境下车辆换道安全区域,建立了六次多项式车辆理想换道轨迹模型,并运用遗传算法-BP神经网络理论对换道终止时刻及目标位置进行预测,得到了复杂场景下车辆换道轨迹簇;分析了基于可行解空间的车辆换道安全性、舒适性、经济性等性能评价函数,构建了多性能目标协同优化目标函数和约束条件,运用鲸鱼优化算法对换道轨迹簇进行优化,实现多性能目标协同的智能车辆换道轨迹最优规划;为进一步验证多目标优化轨迹规划算法的准确性,运用L3级智能车辆测试平台对结构化道路场景下多目标优化换道轨迹规划算法进行了试验验证。仿真和试验结果表明：提出的轨迹规划算法在满足各项约束的情况下可成功实现平稳、安全换道,并且与传统驾驶人换道相比,换道过程的安全性、舒适性及多目标综合性能分别提升了5.1%、3.3%和1.7%,有效提升了动态环境下智能车辆换道轨迹规划的拟人性。     

连续梁体结构拓扑优化的密度惩罚法

针对桥梁结构优化设计中存在的问题,而提出的一种基于密度惩罚法的连续体结构拓扑优化问题的优化准则算法．经Matlab实例试算表明,可得到满意的优化结果,因而具有一定的应用推广价值。     

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GESO的钢筋混凝土梁拓扑优化方法研究

为克服仅将钢筋混凝土作为单一材质进行拓扑优化的弊端,提出了GESO算法对分离式钢筋混凝土模型进行拓扑优化,并对拓扑解进行了简化,分别验证了二维矩形梁与三维T梁的钢筋布置方案。研究结果表明：与经典ESO算法相比,GESO算法效率更高,删除率、对称性及美观性均更优;基于GESO算法的二维矩形梁与三维T梁初始拓扑优化构型,经简化后可得到钢筋布置形式,优化后的矩形梁和T梁的位移、应力变化幅度较小;但不同荷载、位移边界条件下,拓扑优化后的钢筋布置形式存在显著差异,实际配筋设计中应考虑结构受荷形式与边界情况,获得配筋设计的最优方案。     

基于NSGA-Ⅱ算法的两挡AMT换挡规律多目标优化

两挡变速器通过合理的挡位切换改善纯电动汽车的性能.以纯电动汽车两挡电控机械式自动变速器(AMT)为研究对象,兼顾整车的动力性和经济性,提出一种综合换挡规律.建立两挡变速系统的动力性和经济性换挡规律数学模型,以百公里加速时间和单位里程能耗作为优化目标,通过NSGA-Ⅱ算法优化求解得到换挡规律的Pareto最优解,将电机效率作为最优解的选取条件,得到综合性能最优的换挡规律.在MATLAB/Simulink中搭建换挡规律仿真评价模型,对比评价最佳动力性、最佳经济性和综合性能最优换挡规律.结果表明:所提出的对换挡规律多目标优化的方法是有效的,综合性能最优换挡规律能够同时兼顾动力性和经济性.