基于代理模型的减速器箱体参数优化设计

以某款减速器为研究对象,提出了基于Kriging代理模型的减速器箱体参数优化设计方案,同时考虑了刚度、强度与固有频率对箱体的影响,在满足箱体性能的前提下实现了减速器箱体的轻量化设计。基于HyperStudy优化软件,以减速器箱体厚度作为设计变量,使用Kriging代理模型构建变量与响应之间的关系,采用全局响应面法作为优化算法,以箱体的强度、质量和第1阶固有频率作为目标,对减速器箱体进行多目标优化设计。研究结果表明,优化后的箱体最大应力减小51%,同时箱体的质量减小5%,箱体的最大位移为0.092mm,优化后的减速器箱体性能有明显提升。     

基于改进NSGA-Ⅱ的大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化

为实现大功率拖拉机变速箱箱体在强度、刚度要求下的轻量化,提出一种基于改进非支配排序遗传算法（Non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ）的大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化方法。首先,分析大功率拖拉机变速箱箱体的受力情况,提出承载式变速箱箱体的静力学仿真分析方法,利用ANSYS分析箱体的强度、刚度;然后,引入K-均值聚类算法、正态分布交叉算子（Normal distribution crossover,NDX）和差分变异搜索策略改进NSGA-Ⅱ算法,并开展算例测试,结果表明,改进NSGA-Ⅱ的解集分布均匀性和算法稳定性均优于NSGA-Ⅱ,寻优效果更好,验证了所提算法的有效性与优越性;最后,基于改进NSGA-Ⅱ算法开展变速箱箱体多目标优化,对优化后的箱体进行仿真分析验证。结果表明,优化后的箱体质量、最大变形量、最大应力分别为168.16kg、0.449mm、215MPa,优于NSGA-Ⅱ的168.16kg、0.454mm、216.12MPa,在满足强度、刚度要求的前提下达到了轻量化的目的,同时进一步验证了本文算法在解决大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化问题中的有效性和优越性。研究可为大功率拖拉机变速箱箱体的仿真、优化过程提供方法参考。     

大型风电机组增速齿轮箱箱体结构优化设计研究

建立一种以拓扑优化为基础的概念结构设计和以响应面法为基础的尺寸优化设计方法相结合齿轮箱箱体结构优化设计方法。针对某大型分流风电齿轮箱箱体结构进行优化设计,对比初始结合模型与轻量化几何模型,优化后质量降低0.8 t,证明该齿轮箱箱体轻量化方法可有效降低齿轮箱的质量。     

前纵梁耐撞性研究及其多目标优化

为提高前纵梁耐撞性,首先探究了加强筋组数和宽度对其压溃位移、吸能和初始峰值力的影响,综合分析选择设置加强筋长宽高为70 mm×20 mm×1 mm且组数为1的前纵梁为研究对象;然后选取其内外板厚度、材料及加强筋高度作为参数化变量,以质量比吸能（SEA）最大化,质量、初始峰值力最小化为目标,以压溃位移小于180mm为约束,采用哈默斯雷采样方法进行试验设计,并基于该采样数据进行响应面拟合;最后通过全局响应面法进行多目标优化求解。优化结果表明,位移增大25.3 mm,质量比吸能增加143.86 J/kg,初始峰值力下降128 823.1 N,质量下降了0.098 kg。优化后的前纵梁耐撞性提高且实现了轻量化,对提升汽车被动安全具有重要应用价值。     

某轻型变速箱箱体轻量化设计

由于变速箱工作环境复杂恶劣,设计时一般取一个较大的安全系数,所以会造成箱体质量过大的问题,严重浪费生产资源,也影响了整车的经济性能,因此箱体轻量化设计显得尤为重要。首先,采用理论分析对该变速箱进行受力计算,得到变速箱在启动工况下各轴承的支反力;其次,运用Optistruct软件对变速箱箱体进行静力学分析,得到启动工况下的强度与刚度;最后,根据静力学研究结论,对整体结构进行拓扑优化设计。仿真结果显示,经过优化后的箱体质量降低10.63%,同时箱体的强度和刚度也满足使用要求,从而完成了箱体的轻量化设计。     

丘陵山地拖拉机前驱动桥壳组件轻量化设计与试验研究

为适应丘陵山地道路条件差、田块小且分散等情况,本文进行丘陵山地拖拉机轻量化研究。以拖拉机前驱动桥壳组件为对象,首先利用该组件三维模型,进行有限元静力学分析,结果发现组件强度和刚度有较大的余量;其次以组件质量、变形量最小为优化目标进行轻量化设计,轻量化后组件质量减轻7.7%,变形量增加5.5%,轻量化后桥壳组件满足强度和刚度要求;然后对轻量化后的组件进行了评估,轻量化效果评估系数较小,表明组件轻量化设计效果较好;最后进行轻量化后桥壳垂直弯曲强度和垂直弯曲刚度试验,从0加载至3倍满载荷,驱动桥的变形为1.69 mm,垂直弯曲强度224.8 MPa,试验结果比轻量化设计结果略大。     

某双离合自动变速器箱体强度分析和轻量化设计

采用与某公司联合开发的双离合自动变速器为研究对象,采用三维软件UG建立变速箱精确几何模型,利用有限元软件Hypermesh对箱体进行单元划分,获得箱体的有限元模型。对变速器箱体进行模态分析,获得了变速箱的模态频率、静态强度,对比匹配发动机的激励频率验证了变速器箱体设计的合理性。在保证结构强度的前提下,对箱体进行轻量化设计,降低了质量;实现了在产品设计初期对变速器箱体的结构设计和强度预测,为后续设计提供借鉴,缩短了产品开发周期。     

农用拖拉机变速器箱体的结构优化

以国产某农用拖拉机变速器箱体的初始设计模型为研究对象,为获得前进挡工况下各个轴承孔的激励载荷,在Adams中建立齿轮传动系统的动力学模型;然后,使用有限元前处理软件Hypermsh建立了箱体的有限元模型,以Optistruct为求解器对变速箱体进行有限元分析和拓扑优化;最后,以Hyperview为后处理器得到变速箱有限元分析结果和拓扑优化结果。优化后箱体最大应力由235.9MPa降至219.9MPa,其第4阶固有频率从569.05Hz提高至满足约束条件的575.03Hz,更好地避开了共振频率。同时,指出了箱体初始设计的不足,提出了改进策略,为箱体后续的详细设计提供参考。     

变速器箱体常见损伤的检查与维修

变速器中的所有零件都直接或间接地安装固定于变速器箱体上。变速器箱体的质量决定着变速器总成的工作性能及使用寿命。对变速器箱体变形、轴承安装孔或轴承座安装孔的磨损、箱体裂纹及螺纹孔损坏等的检查及维修方法进行了详细地介绍,以提高变速器箱体的大修质量。     

收割机变速器箱体模态分析及结构改进

由于收割机在丘陵山地田间作业不平稳、振动大,为确保变速器可靠持续地输出动力,进行变速器箱体的模态分析。首先基于有限元数值模拟技术,利用ANSYS系统对变速器箱体进行模态分析,讨论箱体的固有特性、变形和刚度,其次在箱体轴承孔周围设置筋板,对改进后的箱体结构进行有限元模态分析和谐响应分析,最后通过锤击法进行箱体试验模态分析。结果表明,收割机外部激振源的频率都低于箱体的第1阶固有频率,箱体的驻车轴承孔处相对位移较大,刚度不足,改进后箱体的固有频率有所提高,总体刚度提高,局部振动相对变形显著下降,局部刚度较大提高,且有限元模态分析与试验模态分析参数准确和可靠。     

基于拓扑优化的变速箱壳体轻量化设计

针对某丘陵山区小型联合收割机变速箱轻量化问题,对变速箱壳体进行结构优化设计。以变速箱壳体的柔顺度最小为目标函数,应用变密度法进行变速箱拓扑优化,去除部分多余材料,并进行了加强筋设计;基于响应面法建立变速箱壳体结构尺寸多目标优化模型,发现箱体壁厚和加强筋2宽度对变速箱壳体强度、刚度影响较大,再应用综合指数评价法得到壳体结构尺寸参数的最优解;最后,进行优化前后对比分析。结果表明:优化后壳体质量减少了17.1%,强度和刚度还有所提高。     

基于灵敏度和碰撞仿真的汽车车身轻量化优化设计

提出了基于灵敏度分析和侧面碰撞的汽车车身结构轻量化设计方法.首先以车身结构零件的板厚为设计变量,以白车身的模态和刚度为约束条件,白车身质量最小为目标,分析了零件板厚关于车身模态和刚度的灵敏度.选取对车身模态和刚度以及抗撞性不敏感的车身零件的板厚,进行以白车身质量最小为目标的优化计算.优化结果使车身减轻14.8 kg.对轻量化后的整车和乘员约束系统进行了侧面碰撞的模拟计算,并与轻量化前的结果进行了对比,对整车耐撞性和乘员的安全性进行对比校核,根据碰撞结果对车身零部件的厚度进行了再调整.结果表明,轻量化后的车身满足碰撞安全性的要求,假人的C-NCAP得分也是可接受的.     

小型甘蔗收获机台架结构分析与轻量化设计

为满足减少机器能耗、提高整体刚度的需求,基于产品轻量化思想对小型甘蔗收获机台架板件厚度进行尺寸优化设计。以台架板件加权特征值最小为优化目标、台架质量为约束,采用规划法对板厚进行优化设计,得到结构厚度的最优尺寸。优化后结构的1阶固有频率由25.91Hz增加到29.08Hz,提高了12.23%,台架的刚性得到加强。此外,通过尺寸优化设计,台架质量在原来的基础上减少了12kg,达到轻量化的目的,可为同类甘蔗收获机台架的轻量化设计提供参考。     

收获机变速器箱体静力学分析与结构改进

变速器是收获机动力总成的核心部件,要求变速器结构和功能必须可靠。分析变速器的工况和功能对箱体的要求,应用有限元数值模拟技术,通过添加约束和载荷,计算并分析箱体的静力学特性,发现在轴承载荷和驻车产生的载荷共同作用下将引起箱体端盖孔较大径向变形、应力和应变,且箱体强度和刚度不足。在考虑箱体质量不变的前提下,通过改变壁厚,设置加强筋、圆角等方式进行箱体结构改进,对比分析发现改进后的箱体的总变形减小52.1%,应变降低49.9%,应力降低41.1%,且应变和应力分布更为合理,强度和刚度明显提高。     

履带式联合收获机底盘机架多目标优化设计

联合收获机底盘机架是整机的主体支撑结构，其质量直接影响收获机的作业性能。为此，以某履带式联合收获机底盘机架作为研究对象，在保证其刚度、强度的前提下对其进行轻量化研究。通过采用有限元分析软件Ansys Workbench建立底盘机架的有限元模型，对其进行模态分析和4种不同工况下的有限元分析；然后，以底盘机架梁的厚度为设计变量，结合空间填充设计(Optimal Space-filling Design)设计方法以及Kriging近似模型模拟计得出设计变量之间的响应关系；最后，综合考虑机架质量、最大应力、最大位移等性能指标，利用遗传算法对底盘机架进行了多目标优化。结果表明：联合收获机底盘机架质量减少24.98kg,且机架的强度、最大应力、最大形变均满足设计要求，获得较好的优化效果，为联合收获机底盘机架的结构优化与设计提供参考。     

基于灵敏度和碰撞仿真的汽车车身轻量化优化设计

提出了基于灵敏度分析和侧面碰撞的汽车车身结构轻量化设计方法。首先以车身结构零件的板厚为设计变量,以白车身的模态和刚度为约束条件,白车身质量最小为目标,分析了零件板厚关于车身模态和刚度的灵敏度。选取对车身模态和刚度以及抗撞性不敏感的车身零件的板厚,进行以白车身质量最小为目标的优化计算。优化结果使车身减轻14.8 kg。对轻量化后的整车和乘员约束系统进行了侧面碰撞的模拟计算,并与轻量化前的结果进行了对比,对整车耐撞性和乘员的安全性进行对比校核,根据碰撞结果对车身零部件的厚度进行了再调整。结果表明,轻量化后的车身满足碰撞安全性的要求,假人的C-NCAP得分也是可接受的。     

基于ABAQUS的飞机起落架扭力臂的拓扑优化

飞机起落架结构设计在满足一定结构刚度的前提下,应尽可能地轻量化。采用ABAQUS/CAE中的优化模块对起落架的扭力臂进行拓扑优化,基于条件算法建立优化任务,最终优化后的拓扑结构体积下降49.15%,最大应力下降4.09%,实现了轻量化的设计需求,为起落架的优化分析提供参考。     

基于SIMP理论的鞍座支架拓扑优化设计

以某型车辆鞍座支架为研究对象,针对其结构偏重的问题,采用拓扑优化的方法使其结构轻量化。采用基于SIMP的材料插值方法对鞍座支架进行静态强度下拓扑优化分析。然后基于拓扑优化后的模型对原有鞍座支架进行重新设计,采用有限元分析验证拓扑优化结果。结果表明,优化后的鞍座支架质量减轻了26.3%,优化后的结构强度和刚度都符合设计要求。     

基于有限元分析的某电动汽车车身轻量化设计

以企业提供的某款电动汽车为研究对象,对车身进行轻量化设计。在HyperMesh中建立整车的有限元模型,进行车身的静态刚度和模态仿真。根据仿真结果,选出适合轻量化的钣金件并进行灵敏度分析,对车身质量灵敏度较高同时对车身刚度以及模态灵敏度较低的钣金件进行轻量化。以板厚为设计变量,车身的刚度和模态为约束条件,车身质量最小为目标进行轻量化,使车身减质7.38kg。通过车身轻量化前后的性能对比分析,轻量化后车身的刚度、强度和NVH性能均符合要求,且浮动量在企业要求范围内。     

基于应力特征的商用车前桥轻量化研究

以某型商用车前桥为研究对象,提出一种基于应力特征的轻量化研究方法。对前桥进行理论受力分析,从而确定有限元加载方式。建立前桥有限元模型,并对前桥典型工况进行静力学分析。结果表明,应力最大值低于材料屈服强度,因此存在轻量化空间;通过对前桥模态分析,证明了前桥动态特性的合理性。以前桥最大应力为约束进行拓扑优化,优化后模型在满足强度、刚度及模态要求下,减质3.4kg,实现轻量化。