概念设计中车身地板多目标拓扑优化的实现

针对承载式车身地板结构的特点,在某款车型车身地板总成自重得到控制的情况下,利用OptiStruct模块对其多工况刚度、各阶频率进行了多目标拓扑优化。实例论证了应用有限元法进行机械承载结构多目标综合拓扑优化设计是一种有效的优化方法,可为机械结构及零部件结构设计提供重要的概念参考。     

晶圆传输机器人末端执行器的拓扑优化

为了实现晶圆片快速稳定传输,通过拓扑优化设计了新的机器人末端执行器结构.首先,利用三维UG软件对晶圆传输机器人末端执行器进行实体建模;采用ANSYS对末端执行器进行静力学仿真,并对仿真结果进行分析,对其进行拓扑优化,计算出新的末端执行器结构,建立新的模型;最后,用ANSYS对新的末端执行器分别进行静力学仿真和动力学模态...     

码垛机器人转盘结构拓扑优化设计

【目的】在转盘质量不增加的情况下,通过拓扑优化对材料合理布置以达到提高转盘刚度的效果。【方法】笔者以某型码垛机器人转盘为研究对象,运用HyperWorks软件对转盘进行静力学分析,得到转盘在最危险工况下的应力云图、位移云图,再利用OptiStruct根据静力学分析结果以最小柔度为目标函数进行结构拓扑优化,得到拓扑优化云图,寻求其最佳材料分布及传力路径对转盘进行局部重构,并将优化模型通过HyperWorks软件与初始模型进行对比分析。【结果】优化后机器人转盘的质量减轻了1%,转盘最大应力下降了38.6%,转盘最大变形位移下降了19.2%,且前3阶模态和振动性能也有一定的提升。【结论】优化后码垛机器人转盘可以在重量不增加的前提下达到提高刚度的目的,同时在强度和振动性能方面也有所改进,本研究可为机器人其他部件的结构优化工作提供一定的理论依据。     

小型甘蔗收获机车架拓扑优化与试验

为提高小型甘蔗收获机的结构刚度,避免共振的发生,同时满足轻量化的需求,对其车架进行多目标多水平拓扑优化。首先建立小型甘蔗收获机车架的三维模型与有限元模型,通过模态试验验证有限元模态的准确性。其次对车架进行静力学分析,并分别以最小柔度和最大动态刚度为目标进行拓扑优化,对优化的模型进行筛选后,再通过静力学分析校验优化结构的安全性。最后,根据优化后的模型加工出实物并进行动态性能测试。通过传递函数测试与振动试验的结果可得：以静力学为目标优化的车架,第一阶频率提高0.1 Hz、峰值频率得到略微改善,并且质量降低10.6%,各频率段的振幅均大于优化前的车架;以侧向支承梁优化的车架,第一阶频率降低0.3 Hz,质量降低21.77%,峰值频率得到轻微改善,1~3 Hz下的振幅略小于原车架;而以动力学为目标优化的车架,第一阶频率提高0.9 Hz,传递函数各项指标均降低,各频率段的振幅均小于优化前的车架,车架质量减少12%,充分达到预期目标,实现车架板梁结构的轻量化和动态特性提升。由验证模态试验得知：三种方式优化后的车架,各阶频率均避开发动机激励以及其他主要激励的频率范围。     

基于ANSYS的拖拉机下拉杆拓扑优化设计及模态分析

为了提高拖拉机下拉杆的轻量化水平及分析其固有频率,利用SolidWorks三维实体建模软件建立下拉杆的三维模型,将建立好的模型导入有限元分析软件ANSYS中,建立下拉杆有限元模型,对其进行稳定载荷下的静力学分析,得出其位移、应力和应变的分布情况。以此结果为基础,进行拓扑优化设计,并对优化前后的强度进行对比。结果表明:优化后的强度满足要求,下拉杆质量较之前减轻了29.2%,轻量化效果明显。最后对优化的下拉杆进行模态分析,保证其工作可靠。     

基于LMS实验的发动机油底壳优化研究

油底壳是发动机辐射噪声的主要来源之一.通过分析研究油底壳与发动机产生共振的频率区域,进而对油底壳结构进行拓扑优化,改进模型结构.通过优化结果表明,增加密度较大位置的厚度同减小密度较小位置的厚度方法一样,达到提高模型的刚度目的,即提高了模型的固有频率,从而很好地避免与发动机形成共振,降低了发动机的噪声.基于LMS实验的方法提高了发动机油底壳结构优化的准确性.     

拓扑优化技术在降低正时齿轮罩辐射噪声中的应用

应用Altair Hyperworks 的OptiStruct优化模块,采用拓扑优化技术,对某柴油机正时齿轮罩进行了优化,得到了最佳的质量分布,据此进行了结构改进,使该正时齿轮罩的模态振型避开正时轮系啮合激励频段,进而降低辐射噪声.通过有限元法和边界元法联合求解得知新正时齿轮罩辐射声功率降低了2.4dB,对比实验验证了计算结果.     

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。     

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。     

基于双向渐进结构优化法的装载机动臂拓扑优化

利用双向渐进结构优化法研究了装载机动臂结构的拓扑优化问题。利用有限元软件ANSYS的APDL语言进行二次开发,实现了多工况下基于应力水平的双向渐进结构优化法(BESO)。对装载机工作装置的动臂进行多工况下的结构双向渐进拓扑优化,得到了动臂的最佳拓扑结构。结果表明了该方法的实用性和有效性,且比ESO方法具有更高的效率。     

基于ABAQUS的喷雾机喷杆结构拓扑优化

喷杆喷雾机在田间正常作业时,由于地面不平产生的激励会传递到喷杆上,导致喷杆的振动问题。为此,对一种喷杆结构进行了拓扑优化,从喷杆的内部材料布局出发,得到最合理的喷杆材料分布,通过优化喷杆自身的结构来改变喷杆的固有频率,使喷杆的固有频率远离激振源的共振频率区间。以材料的畸变能密度为优化目标,在ABAQUS软件中采用变密度法对初始喷杆结构进行了结构拓扑优化设计,并对优化前后喷杆结构的动力学特性进行了比较,验证了此次拓扑优化的合理性。结果表明:在该喷雾机喷杆的质量减少16.3%的情况下,喷杆的1阶固有频率增加了9.56Hz,有效避开了激振源的频率区间,减轻了喷杆的振动。本文可为喷雾机喷杆的动力学特性研究与结构优化提供理论依据。     

基于ANSYS Workbench的采摘机器人臂架模态分析

介绍了采摘机器人臂架的结构特征;为了提高林果的采收效率,使采摘机器人具有更合理的结构和动态特性,以模态分析理论为基础,应用有限元分析软件ANSYS Workbench,建立了采摘机器人臂架的有限元模型;选取臂架的3种典型位姿,得出了其在不同位姿下的前6阶固有频率和振型,找出薄弱环节,提出了相应的改进方案,为臂架的进一步优化设计打下基础。     

考虑静动态性能的机床床身拓扑优化设计方法

以某型立式加工中心机床床身为研究对象,基于有限元方法,以床身结构的前3阶特征频率和静刚度之和为优化目标,对机床床身进行拓扑优化,得到新的床身结构。研究结果表明:通过拓扑优化得出的机床床身结构较原型床身,在床身质量略有下降的情况下,最大变形量与床身前3阶特征频率均有显著提升,验证了拓扑优化方法运用在床身结构设计中的可行性。     

考虑连杆和关节柔性的工业机器人大臂静动态性能优化

为提高工业机器人整体性能,减小其静动态性能误差,提出一种综合考虑工业机器人连杆和关节柔性的拓扑优化方法。将机器人动力学与拓扑优化相结合,以变密度法(Solid isotropic material with penalization,SIMP)为基础,通过线性加权和法建立工业机器人大臂的多目标拓扑优化函数模型,基于柔性多体动力学理论,利用有限元软件和多体动力学软件建立含关节、连杆柔性的机器人刚柔耦合动力学仿真模型,获得机器人在极限工况下大臂载荷谱,最后,利用层次分析法确定优化目标函数中各子目标的权重系数,并对函数进行求解。优化结果显示,优化后机器人大臂刚度和固有频率都得到提高,并且质量下降18.71%。通过虚拟样机技术重构机器人模型,并对其整体进行分析,结果表明,最大负载作用下,机器人最大变形量从0.208mm降至0.188mm,静态变形量误差减小9.62%;动态定位误差从0.777mm降至0.687mm,定位精度提高11.58%。上述拓扑优化方法为提升工业机器人整体静动态性能提供了有效的理论参考。     

基于骨骼重建机理的连续体结构仿生拓扑优化方法

骨重建是一种持续进行的新骨替代旧骨的过程,它通过具有骨吸收能力的破骨细胞和具有骨成形能力的成骨细胞来实现。在陆地脊椎动物中这两种细胞活动是严格平衡的,并且骨的拓扑形状是适应局部力学环境的。本文以Turing反应-扩散模型为基础,通过骨成形与骨吸收机理耦合建立了骨重建模型。该模型通过有限元方法和像素单元的添加和删除准则提出了连续体结构仿生拓扑优化计算方法,该方法将结构看成生长的骨骼,将寻找最优拓扑的过程比拟为骨骼的重建过程,应变能密度的均匀分布作为优化准则更新材料分布,直至达到一个平衡状态,并由此获得最优拓扑结构。最后通过典型的算例验证了所提方法的可行性和有效性。