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基于Altair Inspire的机械臂手爪结构轻量化设计及3D打印制造 被引量:1
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作者 杨天玲 朱蔷 刘菲 《机电工程》 北大核心 2025年第5期1006-1012,共7页
现代工业的高速发展,使得机械零部件的轻量化设计成为一个重要的研究课题。针对机械臂手爪结构的轻量化设计问题,提出了一种采用软件Altair Inspire的轻量化设计方法,并进行了机械臂手爪结构的拓扑优化、几何重构、强度校核研究。首先,... 现代工业的高速发展,使得机械零部件的轻量化设计成为一个重要的研究课题。针对机械臂手爪结构的轻量化设计问题,提出了一种采用软件Altair Inspire的轻量化设计方法,并进行了机械臂手爪结构的拓扑优化、几何重构、强度校核研究。首先,以机械臂手爪结构为例,设置了原始模型材料和边界条件,进行了初始强度分析;然后,进行了拓扑优化、几何重构,使其保持强度的同时重量大大减轻,对优化后的结构进行了校核,验证了其强度和稳定性;最后,采用3D打印的方式验证了轻量化优化后零件制造的可行性。研究结果表明:机械臂手爪零件重量降低了83.4%,结构强度和稳定性满足要求;减轻手爪零件的重量可以降低其制造成本,对机械臂的负载能力和运动速度产生了有利影响,提高其适用范围和灵活性。这一方法为机械系统的设计和制造提供了新的思路和解决方案,为复杂结构部件降低成本提供一种有效的轻量化优化设计工程实践方法,具有一定的实际应用价值。 展开更多
关键词 量化设计 拓扑优化 几何重构 强度校核 光固化3D打印制造
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面向轻量化结构设计的连续体拓扑优化研究进展
2
作者 张磊 寇若洋 +4 位作者 岳之斌 董磊 檀雪宁 王国钦 李霞 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第4期702-722,共21页
为清晰梳理机械结构轻量化设计中的连续体拓扑优化方法,对近年来国内外在该领域取得的主要研究成果进行了分析与评述。以轻量化设计为目标,通过文献可视化分析工具对结构迭代优化、边界描述及材料分布3种类型连续体拓扑优化方法及其应... 为清晰梳理机械结构轻量化设计中的连续体拓扑优化方法,对近年来国内外在该领域取得的主要研究成果进行了分析与评述。以轻量化设计为目标,通过文献可视化分析工具对结构迭代优化、边界描述及材料分布3种类型连续体拓扑优化方法及其应用进行聚类分析,得到连续体拓扑优化的研究趋势;重点分析了结构迭代优化方法中近似模型及深度学习模型的优势及应用,以及多尺度、多物理场和多参数下材料-结构一体拓扑优化在连续体拓扑优化设计研究进展;列举了连续体拓扑优化方法在航空装备、交通运载装备及兵器装备等领域进行轻量化结构设计的应用,并指出未来发展方向和趋势,为面向轻量化结构设计的连续体拓扑优化方法研究提供参考。 展开更多
关键词 量化设计 连续体 拓扑优化 结构优化
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基于拓扑优化的机械结构轻量化设计
3
作者 叶芳 《南方农机》 2025年第21期148-150,154,共4页
针对复杂机械结构轻量化设计中的多性能约束问题,文章基于拓扑优化理论,构建了集材料分布控制、约束耦合与结构重构于一体的优化框架。通过SIMP法建立优化模型,引入体积、位移、应力等约束,确保在减重的同时保持强度与刚度。结合有限元... 针对复杂机械结构轻量化设计中的多性能约束问题,文章基于拓扑优化理论,构建了集材料分布控制、约束耦合与结构重构于一体的优化框架。通过SIMP法建立优化模型,引入体积、位移、应力等约束,确保在减重的同时保持强度与刚度。结合有限元分析,对优化结构进行静力学评估,验证其在质量降低的同时是否具备良好安全裕度。研究结果表明,该方法能在满足性能约束前提下实现质量减轻与材料利用率提升,有效提升设计效率,为复杂机械结构轻量化设计提供有益借鉴。 展开更多
关键词 拓扑优化 机械结构 量化设计 SIMP模型 有限元分析
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航空航天轻量化点阵结构共形梯度设计
4
作者 曹倩峰 杨思远 戴宁 《航空制造技术》 北大核心 2025年第12期60-67,共8页
航空航天装备正向着高机动、高航程和高承载的方向发展,对结构的轻量化设计提出了更高要求。点阵结构作为新型的低密度轻质结构,具有高比强度和高比刚度等优异的力学性能,在轻量化设计领域具有广阔的应用前景。但传统阵列法生成的点阵... 航空航天装备正向着高机动、高航程和高承载的方向发展,对结构的轻量化设计提出了更高要求。点阵结构作为新型的低密度轻质结构,具有高比强度和高比刚度等优异的力学性能,在轻量化设计领域具有广阔的应用前景。但传统阵列法生成的点阵结构在进行复杂外形结构建模时,难以避免裁剪操作造成的点阵完整性破坏和应力集中等问题。本文利用隐式建模技术对点阵结构进行统一数学表征,提出了点阵共形设计方法,并结合尺寸优化技术实现了功能梯度共形点阵的设计。整流罩和蒙皮的设计试验表明,对共形点阵进行梯度设计可改善结构刚度,优化后的整流罩和蒙皮刚度分别提高了23.0%和60.5%,验证了所提方法在飞行器结构轻量化中的潜在应用。 展开更多
关键词 点阵结构 共形设计 功能梯度结构 隐式建模 量化设计
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轻质承载热控卫星主结构设计及其增材制造研究
5
作者 肖亚开 郑鸣轩 +3 位作者 王倩 陈小果 孔祥宏 吴一 《宇航材料工艺》 北大核心 2025年第S1期73-78,共6页
针对卫星主结构轻量化、高性能和热控功能的需求,本文从小卫星舱板结构优化、承载热控一体化设计和单机支架结构优化设计等方面进行研究,并通过仿真分析和力学试验进行验证。对激光增材制造卫星主结构舱板进行优化设计,通过采用低密度... 针对卫星主结构轻量化、高性能和热控功能的需求,本文从小卫星舱板结构优化、承载热控一体化设计和单机支架结构优化设计等方面进行研究,并通过仿真分析和力学试验进行验证。对激光增材制造卫星主结构舱板进行优化设计,通过采用低密度点阵结构进行轻量化,并将舱板作为一个整体零件直接制造,在减重的同时缩短了小卫星的研制周期;对激光增材制造卫星舱板进行承载热控一体化设计,将热管等热控设计融入舱板中进行结构热控协同的多学科优化设计,得到的一体化舱板大大减少了零部件数量,实现结构热控功能的一体化和轻量化;对激光增材制造卫星主结构开展力学仿真分析和试验验证,卫星主结构应力不超过140 MPa,对于激光增材制造的铝基复合材料屈服强度约为410 MPa,仍有较大安全裕度,表明卫星主结构力学性能可以满足指标要求。研究成果可实现新一代卫星轻量化、高承载和热控等性能及功能的全面提升,直接推动卫星结构制造技术的进步,提高经济和社会效益。 展开更多
关键词 卫星主结构 激光增材制造 结构优化设计 质高性能 力热一体化
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模板清洗机电缸架的轻量化设计
6
作者 张铮 李星 +1 位作者 赵天琅 许超斌 《重庆理工大学学报(自然科学)》 北大核心 2025年第10期188-196,共9页
针对模板清洗机存在的质量冗余问题,以关键承载结构件——电缸架为研究对象,提出一种结合熵权TOPSIS方法和响应面模型的优化设计策略。研究设计了6个尺寸变量参数,选定最大变形量、最大等效应力及总质量作为响应参数。通过正交试验设计... 针对模板清洗机存在的质量冗余问题,以关键承载结构件——电缸架为研究对象,提出一种结合熵权TOPSIS方法和响应面模型的优化设计策略。研究设计了6个尺寸变量参数,选定最大变形量、最大等效应力及总质量作为响应参数。通过正交试验设计,运用熵权TOPSIS方法计算各变量参数的综合贡献值,剔除对响应参数影响较小的变量,有效降低优化计算成本。采用拉丁超立方抽样方法,成功获取25组样本点,基于这些样本点构建了kriging响应面模型。通过多目标遗传算法(MOGA)与kriging响应面模型结合,对电缸架进行多目标优化求解,得到Pareto最优解集。优化结果表明,在确保结构强度的前提下,电缸架的总质量减少39%。 展开更多
关键词 电缸架结构 熵权TOPSIS 拉丁超立方 响应面近拟模型 量化设计
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武器装备轻量化结构正向设计方法及应用 被引量:4
7
作者 王普毅 范天峰 +3 位作者 张太平 汪立国 周加永 刘丹 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期150-158,共9页
为满足武器装备轻量化的迫切需求,提升装备结构优化设计水平,提出了一种代理模型辅助多目标优化的结构正向设计方法。按照从概念设计到参数优化设计的流程,通过优化信息交互和代理模型重构来实现结构多目标优化设计。以轻型车载高炮弹... 为满足武器装备轻量化的迫切需求,提升装备结构优化设计水平,提出了一种代理模型辅助多目标优化的结构正向设计方法。按照从概念设计到参数优化设计的流程,通过优化信息交互和代理模型重构来实现结构多目标优化设计。以轻型车载高炮弹箱架优化设计为例,首先,根据拓扑优化获得的最佳传力路径,建立几何模型和有限元分析模型。其次,通过灵敏度分析缩减设计变量,建立以一阶模态频率和结构强度为约束、最小化质量和最大化刚度为目标的优化模型。然后,使用差分进化算法求解基于Kriging模型的多目标优化问题;在优化过程中,通过比较中间优化结果调整优化模型,并采用基于期望改进的填充样本策略重构代理模型。最后,兼顾结构轻量化和安全,筛选44组优化解中的3组优势方案与初始设计进行比较,结果显示:在满足弹箱架结构性能的前提下,重量分别可减轻31.2%、24.7%和21.8%;所提结构正向设计方法能够明显提升轻量化效果,也可为相关结构优化设计提供参考。 展开更多
关键词 车载防空武器 结构优化 正向设计 量化 多目标优化
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轻量化设计在家具领域的应用现状与发展趋势 被引量:1
8
作者 高玉莹 李琛 《林产工业》 北大核心 2025年第3期71-74,共4页
为适应工业4.0发展与“双碳”战略的环保理念,家具制造业逐渐注重使用环保材料与减少传统材料的消耗,以达到减碳目的。轻量化设计成为家具设计的可行性选择之一。梳理了家具轻量化设计相关的国内外主要研究成果和实现方法,从轻量化技术... 为适应工业4.0发展与“双碳”战略的环保理念,家具制造业逐渐注重使用环保材料与减少传统材料的消耗,以达到减碳目的。轻量化设计成为家具设计的可行性选择之一。梳理了家具轻量化设计相关的国内外主要研究成果和实现方法,从轻量化技术的实现方法出发,探讨了新型轻量化材料的特点与应用,介绍了尺寸优化的模型优化过程,探讨了拓扑优化的实现过程与优化方法,并将材料与结构与仿生设计相结合实现了轻量化。针对目前研究的问题与不足,提出了未来家具轻量化设计的发展方向和趋势,以期为家具轻量化设计提供参考。 展开更多
关键词 家具结构 量化设计 结构优化 量化材料 仿生量化设计
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计入不确定性变量的汽车结构轻量化设计研究 被引量:1
9
作者 张扬 张存良 《兰州理工大学学报》 CAS 北大核心 2024年第5期52-61,共10页
针对汽车结构轻量化设计,提出了计入不确定制造精度的汽车结构可靠性设计方法.将主要设计变量视为区间变量,其他设计参数视为概率参数,并在此基础上采用区间模型的变换方法和概率模型的解耦策略,建立了汽车结构制造精度不确定的可靠性... 针对汽车结构轻量化设计,提出了计入不确定制造精度的汽车结构可靠性设计方法.将主要设计变量视为区间变量,其他设计参数视为概率参数,并在此基础上采用区间模型的变换方法和概率模型的解耦策略,建立了汽车结构制造精度不确定的可靠性设计方法.通过实例分析得到了不同可靠性要求的最优解和最大允许偏差范围,验证了该方法的有效性.优化设计结果表明,在可接受的制造条件下能得到最优变量和相应的最大允许偏差范围.通过适当增大设计变量的偏差范围,可以降低对制造精度的要求,从而降低制造成本. 展开更多
关键词 车辆结构 量化设计 不确定性 可靠性设计
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车架与电池舱一体化结构轻量化与疲劳寿命集成优化设计 被引量:6
10
作者 孟子皓 王登峰 +3 位作者 张小朋 张子峰 连丰民 陈静 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期2143-2153,2219,共12页
为提高电动载货汽车轻量化水平,本文提出了一种车架与电池舱一体化(cell to frame-简称“CTF”)结构。首先建立对标车型车架有限元模型,计算了其静力学性能与自由模态,并通过自由模态试验验证有限元模型的准确性。然后采用道路实采的多... 为提高电动载货汽车轻量化水平,本文提出了一种车架与电池舱一体化(cell to frame-简称“CTF”)结构。首先建立对标车型车架有限元模型,计算了其静力学性能与自由模态,并通过自由模态试验验证有限元模型的准确性。然后采用道路实采的多工况组合疲劳载荷谱在时域内运用名义应力法进行车架疲劳寿命分析。接着对经有限元分析验证合理的CTF结构初始设计进行试验设计并建立代理模型。最后采用全局响应面法进行优化设计,获得最佳轻量化方案。结果表明,优化设计后,CTF结构质量相较于传统的车架与电池舱分离设计结构轻量139.95 kg,轻量化率达14.09%,同时CTF结构力学性能与疲劳寿命均满足设计要求。 展开更多
关键词 电动载货汽车车架 疲劳分析 量化 优化设计 汽车结构一体化设计
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基于轻量化与增材制造的无人机拓扑优化
11
作者 张宇 宾仕博 +1 位作者 谢吉祥 董红亮 《工程塑料应用》 北大核心 2025年第8期114-121,共8页
为减轻某型无人机质量,利用3D打印增材制造工艺,对机架进行了分区域拓扑优化轻量化设计。首先,根据悬臂梁剪切受力状态,采用固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)拓扑优化方法得到点阵晶胞构型,并采用点阵填充法获得了机翼悬臂区域轻量化方... 为减轻某型无人机质量,利用3D打印增材制造工艺,对机架进行了分区域拓扑优化轻量化设计。首先,根据悬臂梁剪切受力状态,采用固体各向同性材料惩罚模型(SIMP)拓扑优化方法得到点阵晶胞构型,并采用点阵填充法获得了机翼悬臂区域轻量化方案。其次,对底座区域进行强度和模态多目标性能拓扑优化,得到完整的机架轻量化设计方案。然后,通过对轻量化模型进行验证分析,获知机架体积从62.45 cm^(3)减至22.34 cm^(3),比采用传统SIMP拓扑优化的无人机轻量化结构体积减小了22.73%。最后,采用立体光固化成型工艺,以光敏树脂为原材料,使用HALOT-SKY 2022打印机制造了无人机实物模型,实测结构减重64.23%,轻量化效果显著。研究表明,与传统SIMP拓扑优化技术相比,基于SIMP拓扑优化技术、点阵结构设计、增材制造工艺多学科交叉融合的分区域拓扑优化方法可为无人机轻量化设计提供一种新的方法和思路,也可为塑料结构轻量化研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 无人机 拓扑优化 点阵结构 增材制造 量化
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星载二维转台U型架结构轻量化与优化设计 被引量:1
12
作者 魏钰轩 王振宇 +3 位作者 李治国 黄乐弘 杨凯 马玉宝 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期896-908,共13页
星载二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,U型架是转台的关键支撑部件。为了对星载二维转台U型架进行结构优化与轻量化设计,研制高承载比和轻量化的星载二维转台,本文设计了一种用于星载二维转台的碳纤维复合材料U型架。首先,... 星载二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,U型架是转台的关键支撑部件。为了对星载二维转台U型架进行结构优化与轻量化设计,研制高承载比和轻量化的星载二维转台,本文设计了一种用于星载二维转台的碳纤维复合材料U型架。首先,利用碳纤维复合材料代替钛合金材料,结合考虑工艺性,设计了一种变截面管状结构U型架。接着,按照基于铺层工艺的有限元建模方法对碳纤维U型架进行有限元建模与仿真分析。然后,试制U型架样机并通过模态试验验证有限元模型的准确性。最后,提出一种理论分析法、遗传算法、有限元法相结合的三级优化方法对碳纤维U型架铺层角度、铺层厚度与铺层顺序进行优化设计。结果表明:模态试验与仿真得到的U型架振型完全一致,频率相差在5%以内。初始设计的碳纤维U型架比钛合金U型架质量减少了45.7%,通过对复合材料铺层的优化设计,使U型架质量进一步减少了13.8%,固有频率提升了10.14%。本文所采用的复合材料建模与优化方法正确,设计的碳纤维U型架满足星载二维转台轻量化设计需求。 展开更多
关键词 结构优化设计 量化设计 碳纤维复合材料 有限元分析 星载二维转台 遗传算法
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一体压铸铝合金车身结构件的轻量化设计研究 被引量:6
13
作者 刘波 唐永鑫 +4 位作者 伍毅 王紫阳 杨琴 胡铁刚 徐小敏 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第12期2154-2163,共10页
近年大型一体压铸铝合金车身结构件逐渐被用于取代传统的冲压-焊接白车身结构。本文以一体压铸的车身后地板结构为对象,开展了轻量化设计研究。针对一体压铸车身结构件的分析问题,提出了等效分析方法;考虑压铸结构的工艺与性能,研究了... 近年大型一体压铸铝合金车身结构件逐渐被用于取代传统的冲压-焊接白车身结构。本文以一体压铸的车身后地板结构为对象,开展了轻量化设计研究。针对一体压铸车身结构件的分析问题,提出了等效分析方法;考虑压铸结构的工艺与性能,研究了结构设计中的工艺约束,阐明了其材料性能的非均质性;基于拓扑优化方法,分析了该结构的设计域,获取了最优传力路径;在上述研究内容的基础上,开展了轻量化设计,在保证性能的同时实现了7%的轻量。相关研究工作明确了新型一体压铸铝合金车身结构件的设计优化流程,具有一定的参考和借鉴意义。 展开更多
关键词 车身量化 铝合金一体压铸 拓扑优化 结构设计
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船舶舱室用轻量化超细玻璃纤维复合板设计及其隔声性能研究
14
作者 彭绍源 翟福强 +2 位作者 刘洵 邱鑫 吴玉辰 《包装工程》 北大核心 2025年第9期268-277,共10页
目的开发面向船舶舱室用的兼具轻量化与优良隔声特征的超细玻璃纤维板材料,并开展复合结构设计,以实现其性能最佳。方法采用离心法制备高孔隙率、高表面积的超细玻璃纤维,并开展基于SZZB-4传递函数法吸声系数与隔声测试系统的超细玻璃... 目的开发面向船舶舱室用的兼具轻量化与优良隔声特征的超细玻璃纤维板材料,并开展复合结构设计,以实现其性能最佳。方法采用离心法制备高孔隙率、高表面积的超细玻璃纤维,并开展基于SZZB-4传递函数法吸声系数与隔声测试系统的超细玻璃纤维复合衬板隔声性能测试实验,研究基础材料种类、厚度、玻纤密度与芯体复合结构形式对衬板隔声效果的影响。结果制备的玻璃纤维平均直径仅为2.5μm,相较于目前使用的岩棉板,其能够大幅提升内部表面积与孔隙率,使声波在板内损耗更多;当玻璃纤维密度提升至140 kg/m^(3)时,其声阻抗值较传统材料增加38%,配合蜂窝铝(FWL)中间层形成的封闭微腔结构,使50 mm厚衬板平均隔声量达到53.52 dB(较岩棉板提升18.9%),面密度降至18.3 kg/m^(2);扫描电子显微镜(SEM)显微分析揭示,纤维交联网络使材料抗压强度提升至0.38 MPa,满足ISO 717-1中船舶构件的力学要求;含FWL结构的复合芯材在1000 Hz频段隔声量达到59.28 dB,且冲击韧性提高27%。结论研发的材料体系成功实现隔声性能、轻量化与结构强度的协同优化,为船舶舱室噪声控制提供兼具工程实用性与环境适应性的解决方案。 展开更多
关键词 超细玻璃纤维 复合结构 船舶舱室 声阻抗 隔声性能 量化设计
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航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战 被引量:34
15
作者 廖文和 戴宁 《南京航空航天大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期347-360,共14页
轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法... 轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。 展开更多
关键词 量化设计 胞元结构设计 增材制造 复合材料制造
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面向航空航天轻量化结构的机器人化增材制造技术研究进展 被引量:5
16
作者 赵冬华 张国权 +1 位作者 阮凯程 熊异 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2024年第19期71-91,共21页
近年来,机器人化增材制造技术凭借其高效率、大幅面和可移动等显著优势,在航空航天轻量化结构制造领域展现出巨大潜能。本文系统回顾了航空航天轻量化结构领域内的研究进展,从制造与修复需求出发,探讨了轻量化技术的研究背景及其重要性... 近年来,机器人化增材制造技术凭借其高效率、大幅面和可移动等显著优势,在航空航天轻量化结构制造领域展现出巨大潜能。本文系统回顾了航空航天轻量化结构领域内的研究进展,从制造与修复需求出发,探讨了轻量化技术的研究背景及其重要性。面向增材制造技术,详细介绍了轻质结构、材料及功能一体化的设计与制造。深入分析了机器人化增材制造的关键技术,包括技术特性、典型工艺原理、机器人机构、装备和工艺规划,并讨论了轻量化结构机器人化增材制造所面临的关键挑战。最后,基于当前技术发展现状,展望了未来的研究方向,包括多工艺复合制造、智能化监测和控制、数字孪生技术,以及人机协同增材制造的应用潜力。本文从机器人化增材制造角度为航空航天轻量化结构的研究开发提供一份全面、前沿的科学综述,为推动该领域下阶段的发展提供参考。 展开更多
关键词 量化结构 机器人 增材制造 航空航天 材料-结构-功能一体化
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点阵结构单元力学性能及在结构轻量化设计中的应用 被引量:3
17
作者 申会鹏 张天宇 +2 位作者 李行雨 韩春阳 郭家宝 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第7期1276-1284,共9页
针对特定功能点阵结构实现结构轻量化设计的问题,利用拓扑优化方法,构建了点阵结构单元构型。首先,从实际载荷工况特征出发,构建了初始设计模型,根据拓扑优化思想,设计出了符合力学性能特性的创新点阵结构单元谱;其次,采用有限元分析方... 针对特定功能点阵结构实现结构轻量化设计的问题,利用拓扑优化方法,构建了点阵结构单元构型。首先,从实际载荷工况特征出发,构建了初始设计模型,根据拓扑优化思想,设计出了符合力学性能特性的创新点阵结构单元谱;其次,采用有限元分析方法,获取了点阵结构单元的力学性能,提出了以比刚度为指标的单元性能评价方法,得到了点阵结构的力学性能规律;然后,建立了典型点阵结构单元比例试件,进行了力学实验分析,通过实验数据对比,对点阵结构单元性能规律的准确性进行了验证;最后,将点阵结构性能规律应用于汽车发动机连杆的结构轻量化设计中,通过分析汽车发动机连杆的载荷特征来匹配点阵结构单元谱,填充了相应的点阵结构。研究结果表明:填充后的连杆体积减少了45%,而比刚度提高了90%,验证了点阵结构单元数据库的有效性和实用性。该点阵结构单元数据库能够为复杂零件的结构轻量化设计提供有力的科学依据。 展开更多
关键词 点阵结构 力学性能 数值模拟 实验测试 量化设计
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基于拓扑优化的3D打印聚乳酸材料的轻量化结构设计
18
作者 李倩 顾佳晨 +2 位作者 唐海原 乔海玉 王传洋 《高分子材料科学与工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期76-84,共9页
轻量化结构设计可以在保持性能的同时降低产品质量,对汽车高铁、航空航天等行业实现节能减排具有重要意义。聚乳酸具有可降解、易打印、良好的力学性能等优点,在3D打印领域得到广泛应用。本文中以可降解材料聚乳酸为研究对象,以拓扑优... 轻量化结构设计可以在保持性能的同时降低产品质量,对汽车高铁、航空航天等行业实现节能减排具有重要意义。聚乳酸具有可降解、易打印、良好的力学性能等优点,在3D打印领域得到广泛应用。本文中以可降解材料聚乳酸为研究对象,以拓扑优化作为轻量化结构设计的方法,采用熔融沉积3D打印技术,探究拓扑优化过程中参数(体积分数和惩罚因子)对工件在弯曲载荷下总变形的影响。对不同填充率下拓扑优化前后的工件质量进行对比,并探究了拓扑优化后不同熔融沉积3D打印速度下工件的弯曲性能。结果表明,当体积分数取40%、惩罚因子取3时,拓扑优化后模型最大变形量满足优化目标;3D打印的拓扑优化工件可以实现50%的减重且保持较高的弯曲力,但弯曲模量和变形量略有下降;降低打印速度对拓扑优化后工件的力学性能影响不大。 展开更多
关键词 量化结构设计 拓扑优化 3D打印 聚乳酸
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农用机械设备底盘车架结构轻量化设计研究 被引量:4
19
作者 苗敬 《南方农机》 2024年第8期156-157,183,共3页
我国作为一个农业大国,要注重农用机械设备的设计与优化,改善农用机械设备的综合性能。实践证明,通过对农用机械设备底盘车架结构进行轻量化设计,在保证使用功能与强度的前提下,有助于降低农用机械设备能耗,提高设备使用的灵活性、稳定... 我国作为一个农业大国,要注重农用机械设备的设计与优化,改善农用机械设备的综合性能。实践证明,通过对农用机械设备底盘车架结构进行轻量化设计,在保证使用功能与强度的前提下,有助于降低农用机械设备能耗,提高设备使用的灵活性、稳定性与舒适性。基于此,从拓扑优化、CAE轻量化设计优化、CAE轻量化设计环境三方面入手,对底盘车架结构进行轻量化改进,仿真结果显示,优化后底盘车架结构的最大应力值与最大变形量均变小,能够满足轻量化改进目标。 展开更多
关键词 农用机械设备 底盘车架结构 量化设计
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基于拓扑优化理论下汽车轮毂结构轻量化设计 被引量:1
20
作者 卫晓慧 《农机使用与维修》 2024年第5期29-31,共3页
汽车轮毂结构轻量化设计是在保持轮毂功能和性能不变的前提下,尽可能降低其质量,从而减轻整车重量,提高燃油经济性和行驶性能。该文采用OptiStruct通过对轮毂结构进行建模和网格划分,确定了有限元分析的计算模型。然后,在考虑强度、刚... 汽车轮毂结构轻量化设计是在保持轮毂功能和性能不变的前提下,尽可能降低其质量,从而减轻整车重量,提高燃油经济性和行驶性能。该文采用OptiStruct通过对轮毂结构进行建模和网格划分,确定了有限元分析的计算模型。然后,在考虑强度、刚度和质量等多个设计约束条件的基础上,利用OptiStruct进行调整材料分布和形状,充分利用材料的受力特性和结构优势,实现了轮毂质量的有效降低,同时保证了其强度和刚度的需求。通过对优化后的汽车轮毂材料进行静态加载测试、动态加载测试和耐久性测试,验证轮毂在实际使用中的稳定性和可靠性,结果表明,优化设计方案能够满足汽车轮毂在各种工况下的设计要求。该研究为汽车轮毂轻量化设计提供了一种有效的方法和技术支持,在汽车工程领域具有一定的理论和实践意义,为汽车轮毂轻量化设计和工程应用提供了有益的参考和借鉴。 展开更多
关键词 汽车轮毂 量化设计 材料选择 结构优化 仿真分析 实验验证
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