连续体结构与支撑综合拓扑优化设计方法

针对标准结构拓扑优化时支撑边界条件预先给定不变的情况,将支撑作为设计变量参与优化过程,提出了一种基于SIMP的结构与支撑综合拓扑优化设计方法.这种方法被应用到最小柔度的刚度拓扑优化设计中,进行了二维数值实验,并讨论了成本系数、弹簧原始刚度和中间支撑密度单元对结构拓扑优化分布的影响.     

浅谈车辆工程CAE中拓扑优化技术的应用

针对车辆工程中不同车型部件结构的特点,阐述了结构拓扑优化设计的一般流程,报告了代表性较强的相关软件应用现状与发展,包括优化过程中有限元分析模型的数据转换、分析计算、CAD优化模型提取.对提高整车零部件刚度、降低车身骨架及各零部件自重的优化分析应用研究进行了概括.实例论证了应用有限元法进行机械承载结构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轻量化设计提供重要的概念化设计参考,对今后结构优化中拓扑优化技术发展方向、应用范围及趋势作出了展望.     

发动机支架结构拓扑优化设计

突破传统的零部件设计方法,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到发动机支架结构设计中,以结构刚度作为约束条件,重量最小化为目标函数,对三种工况载荷下的发动机支架进行了拓扑优化设计,在保证结构强度的前提下,获得优化模型中材料分布的最佳形式,结合工程实践设计出刚度高重量轻的发动机支架合理结构,避免了设计过程中的盲目性和主观性,提高了设计效率。     

基于有限元的发动机后吊钩拓扑优化设计研究

拓扑优化因其对结构尺寸和形状优化效果较强而被广泛应用在各行业零部件的优化中,本文首先介绍了优化设计的概述及拓扑优化的主要应用对象、数学模型及其求解方法,然后以发动机中后吊钩结构件为例,详细介绍了利用Solidthinking Inspire进行拓扑优化的操作流程,最后本文通过与一个由设计工程师根据经验优化的后吊钩进行对比分析,得出利用solid Thinking Inspire软件优化设计的方法不受设计经验的限制,在优化设计中考虑了真实边界条件和载荷条件,优化后的结果既能满足零件的功能性需要,又能满足零件的可靠性需求。     

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。     

基于拓扑优化和形状优化方法的主轴承盖结构设计

提出基于拓扑优化和形状优化的主轴承盖结构设计方法.在拓扑优化建模中,提出基于RAMP插值函数的ICM拓扑优化方法.在形状优化建模中,提出基于近似一差分敏度分析方法的形状优化方法.拓扑优化和形状优化模型以结构响应量为约束,体积最小化为目标,保证不同层次优化模型的承接性.针对某内燃机主轴承盖进行优化设计,优化结构分析结果表明,优化后的主轴承盖在满足结构刚度和强度条件下实现了结构体积最小化.证明提出的方法在主轴承盖结构设计中可行且有效.     

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仿真,验证了此机械结构具有合理性。结果表明,新结构的末端执行器更省材料,形变、应力变化不大,固有频率符合要求,更有利于晶圆快速、高效、平稳地传输。     

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%。     

小型水电工程钢结构优化设计的途径

介绍了优化问题的基本方法，并从优化基本理论出发，提出采用ANSYS软件的最优优化设计模块对小水电工程中某泵房钢结构屋架进行优化分析与设计，通过将优化设计方案与原设计方案作比较，结论认为：ANSYS软件可以有效地解决结构形式设计和造材等方面的优化问题，此方程是解决实际工程优化问题的一种有效途径。     

基于实测载荷的蔬菜田间动力机械车架结构优化

蔬菜田间动力机械作为一种新型机器,可以实现不同的收获前机械化作业,车架在田间作业时受到各种载荷作用,会伴随有动载荷影响,有必要对车架进行强度研究与优化设计。研究了其车架基于田间实测应变数据的多目标拓扑优化设计方法。利用HyperWorks软件对该车架进行有限元分析,得到了静应力分析条件下的应力分布,并确定车架的疲劳损伤热点;在数据分析基础上,粘贴应变片,组建动态应变测试系统,采集蔬菜田间动力机械典型作业工况下的载荷时间历程;对实测的应变时间历程数据进行预处理,分析车架在相应工况下的受力情况;利用nCode软件编制载荷谱,进行车架的疲劳分析与寿命预测,以此为基础提出了拓扑优化,构建了综合多种工况、以车架应变能和动态低阶固有频率为响应的多目标拓扑优化数学模型,进行轻量化设计。试验结果表明,车架的交叉焊缝处的疲劳寿命为7.5×104h,为15个测点中最短疲劳寿命,满足使用寿命要求,车架整体结构强度设计过剩。优化后的车架质量减小443.55kg,减轻了53.47%。     

油门踏板结构拓扑优化设计

目前拓扑优化设计技术广泛应用于汽车轻量化设计中。对概念设计中的油门踏板进行拓扑优化设计,得到踏板加强筋支撑结构形式,对优化设计后的结构进行强度校核计算,计算结果显示在达到预设失效载荷时,结构刚好能发生失效。使用拓扑优化设计能有效减少产品更新换代的设计时间。     

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。     

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.     

焊点布局的结构多目标拓扑优化设计

针对结构优化设计中先分解后组合的重复优化问题,提出一种焊点布局的结构多目标拓扑优化方法.在连续设计域中,给定载荷和约束的情况下,同时优化整个结构的拓扑空间和几何造型,并决定子结构间的连接位置和布局形态.通过有限元分析和基于几何学交叉过程的多目标遗传算法得到Pareto解集,可根据不同需求确定权重,选择最优方案.     

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。     

基于灵敏度分析的木薯精播机机架结构优化设计

木薯生产机械化程度低是制约我国木薯产业发展的瓶颈之一,研究高性能的木薯精播机对于促进木薯产业稳定发展具有重要推动作用。木薯精播机结构组成复杂,为提高工作性能,机架必须具有良好的结构与力学性能。本文以课题组研制的双行木薯播种机均匀精量自动排种装置的机架为研究对象,采用UG联合ANSYS软件建立机架的有限元模型,使用ANSYS Work Bench对机架进行静力学分析、约束模态分析以及灵敏度分析。通过模态分析确定优化响应,灵敏度分析确定设计变量,模型建立确定优化目标,多目标优化设计数学模型计算得到6组非劣解。在所得6组方案和初始方案中,基于熵权的模糊物元模型抉择出最优的机架结构方案。双行木薯播种机均匀精量自动排种装置机架优化前后对比分析表明,第一阶模态频率提升3.60%,机架质量减轻8.76%,最大变形减小5.08%,较好的达到了机架轻量化结构优化目的,研究结果可为木薯精播机的设计提供参考。     

重型专用车车架的离散拓扑优化

提出了对专用车车架进行离散拓扑优化的方法,给出了优化过程,并对典型重型专用车车架进行了离散拓扑优化,在不增加车架质量的前提下,提高了车架的扭转刚度,降低了车架应力水平。