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。     

离心泵蜗壳拓扑优化设计方法研究

为了提高离心泵的水力性能,采用拓扑优化方法对离心泵蜗壳进行拓扑优化设计,建立了优化数学模型,优化目标函数为最小化流体的总压损失,约束条件为流体域的体积约束.基于OpenFOAM,编制了优化问题分析和求解程序,通过连续伴随法求得目标函数对设计变量的灵敏度,采用移动渐近线法(MMA)求解优化问题.二维蜗壳优化结果表明,提出的蜗壳拓扑优化方法能够获得蜗壳优化设计方案,得出的蜗壳结构与用传统设计方法设计出的蜗壳结构十分接近,且拓扑优化方法下的蜗壳流场内总压损失更小,特别是在传统蜗壳设计方法不适用的情况下,该方法能够自动获得蜗壳构型.研究结果对于拓展离心泵优化设计方案具有一定的借鉴价值.     

拓扑优化技术在制动钳轻量化设计中的应用

以Optistruct软件为平台,以汽车盘式制动器为例,将三维拓扑优化技术应用于制动钳轻量化设计中,对采用变密度拓扑优化方法的拓扑优化技术进行了研究。以汽车紧急制动工况为边界条件,以制动钳的总柔顺度最小化为优化目标函数,以制动钳质量为约束条件,对制动钳进行拓扑优化。在考虑加工、装配等因素的基础上对制动钳重新进行了合理的建模,应用ANSYS软件分析校核了优化后的制动钳模型,结果表明该模型应力分布更为均匀,在保证制动钳刚度的前提下,优化后的制动钳比原型节省材料约11%。     

基于变密度法的约束阻尼结构拓扑优化研究

约束阻尼结构拓扑优化是轻量化设计要求下实现噪声与振动控制的关键技术。采用有限元方法建立约束阻尼结构的动力学有限元模型。基于实体各向同性材料惩罚(SIMP)插值方法,以模态损耗因子最大化为目标,约束阻尼材料用量为约束,构建约束阻尼结构的拓扑优化模型。利用伴随向量法推导了目标函数对设计变量的灵敏度,通过优化准则法对优化模型进行求解。数值结果表明:优化后约束阻尼板结构的模态损耗因子提高比基本在50%以上,且振动振幅值有明显抑制。     

基于ANSYS的AGV小车底盘优化设计

通过ANSYS对AGV小车建立三维模型,初步设计简化的底盘结构,对其进行静力学分析,得到底盘vonMises应力分布和变形的状况。在施加相同约束条件和载荷下,分别采用变密度法和水平集法对结构进行拓扑优化分析,以保留质量的30%为优化目标,得到底盘的拓扑结构模型。根据优化结果简化修复三维模型并以相同的约束条件进行静力学分析。结果表明,2个新模型结构都满足承载及刚度设计要求,实现AGV小车轻量化,减少材料消耗。     

基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法

随着并联机构从单一尺寸设计和拓扑设计向两者融合方向不断发展,基于拓扑叠加-再惩罚和全变量正交设计-再拓扑的同步设计方法得到广泛应用,但两者存在设计效率低等不足。为解决上述问题,本文提出了一种基于结构相似性的并联机构拓扑与尺寸同步设计方法,该方法拓扑优化时以相同质量保留此条件下尺寸参数小范围变化对拓扑结构微弱影响为切入点,通过拓扑结构参数化缩放和刚度-质量元模型构建,形成并联机构尺寸-拓扑同步高效设计流程。以典型3-P-RS并联机构为例开展算例验证与对比分析,结果表明,相同质量条件下,所提设计方法比尺寸设计方法得到的各向刚度更高,即拓扑优化使RS连杆的材料分布更加合理。     

粘弹阻尼抗振结构双向渐进法拓扑动力学优化

基于阻尼结构各层形变位移关系,推导了结构振动微分方程。构建了以阻尼比最大化为优化目标,阻尼材料用量为约束,阻尼单元状态为设计变量的拓扑优化数学模型。为寻找结构优化迭代方向,推导了模态阻尼比灵敏度。建立阻尼单元增删准则,利用独立网格滤波技术进行滤波处理,采用双向渐进优化算法对阻尼结构进行了拓扑优化。按常规渐进法优化后,1阶、3阶阻尼比增幅分别为54.51%、36.21%,而按双向渐进优化所得相应阶次的模态阻尼比增幅则分别达76.69%、58.36%,且可有效改善阻尼结构优化后的棋盘格现象。为验证双向渐进优化算法拓扑优化结果,对阻尼结构进行谐响应分析与仿真,结果表明:采用双向渐进法优化时,结构特定阶次响应幅值更低,减振效果更佳。     

基于节点变量法的连续体结构拓扑优化设计

为避免结构拓扑优化设计中的数值不稳定性及考虑制造因素,提出了一种节点变量的连续体结构拓扑优化设计方法。在指定的子区域内,采用不依赖网格的映射函数表示节点设计变量与节点密度变量的关系,实现最小尺寸约束,以满足加工工艺要求。以应变能力最小化为目标函数满足结构刚度要求,以结构体积作为约束,建立最小尺寸约束下的连续体结构拓扑优化模型,将移动近似算法用于拓扑优化问题求解。数值算例结果表明,提出的方法应用于连续体拓扑优化设计中是有效的,能够消除数值不稳定性现象获得清晰的拓扑结果,结构便于制造加工。     

基于Inspire的液压挖掘机中部平台主梁拓扑优化设计

以挖掘机中部平台主梁为研究对象,构建刚度、静态强度优化模型。以减重5%作为优化的目标函数,使用Inspire拓扑优化设计工具,对中部平台进行拓扑优化。研究发现,该方法可有效地降低中部平台主梁的质量,对其他机械类产品轻量化设计具有一定的指导意义。     

翻转犁结构设计及支架优化

翻转犁悬挂支架存在设计冗余的问题,为了对其结构进行优化,采用了拓扑优化和遗传算法优化相结合的方法.首先,在ANSYS软件中分析了网格划分方式对于仿真结果的影响,基于得出的可同时保障仿真准确度及解算速度的网格划分方式,利用拓扑优化模块对支架结构的形式进行了优化;其次,基于新的结构形式,设置4个尺寸变量,通过单变量仿真试验...