考虑排种器机架加工及载荷不确定性的结构优化方法

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作者 王昱 张文鹏 +3 位作者 曾山 卢家欢 高巧明 边双印 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第11期1-7,共7页

播种机的精量排种器机架所受外部扰动的大小、方向具有不确定性,且机架在制造过程中存在的加工误差也具有不确定性。此类不确定性可能导致实际结构的性能偏离最佳设计或无法满足设计要求,使机架的连接部分存在疲劳断裂的隐患,对排种器... 播种机的精量排种器机架所受外部扰动的大小、方向具有不确定性,且机架在制造过程中存在的加工误差也具有不确定性。此类不确定性可能导致实际结构的性能偏离最佳设计或无法满足设计要求,使机架的连接部分存在疲劳断裂的隐患,对排种器精量播种造成不利影响。为解决这些问题并满足工程实际中对结构轻量化设计的需求,采用参数化水平集方法结合结构拓扑优化技术,对排种器机架加工及载荷不确定性进行建模与仿真分析。通过仿真试验得出,机架优化构型的三维模型厚度比初始构型多66.7%时,质量为初始构型的16%,应变能均值为初始构型的68.8%,验证优化构型轻量化的同时比初始构型承载力更大且结构更稳定。 展开更多

关键词 播种机 排种器 机架 载荷不确定性 结构轻量化 拓扑优化

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基于SLM工艺的点阵结构优化设计工艺要素

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作者 敬晨晨 卢继平 庞璐 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第2期28-36,共9页

为了研究SLM工艺对点阵结构的影响,设计了SLM工艺对点阵结构中杆单元的形貌和力学性能影响的实验方案,发现SLM工艺对不同倾角的杆单元的成形质量有很大影响,随倾角的增大成型误差也逐渐减小。杆单元的直径对成型质量存在着一定的影响,... 为了研究SLM工艺对点阵结构的影响,设计了SLM工艺对点阵结构中杆单元的形貌和力学性能影响的实验方案,发现SLM工艺对不同倾角的杆单元的成形质量有很大影响,随倾角的增大成型误差也逐渐减小。杆单元的直径对成型质量存在着一定的影响,随着直径的增加,相对误差也随之减小;杆单元的直径和倾角对其力学性能没有影响。实验最后拟合得到了一组杆单元横截面积预测公式,该公式能够根据杆单元的倾角和设计直径预测在当前工艺下制造后的杆单元直径,从而在设计阶段就对其修正以减小采用SLM加工带来的误差,使得生产出来的产品性能更加符合预期,对整个结构设计领域具有重要意义。 展开更多

关键词 SLM工艺 点阵结构 拓扑优化 增材制造

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散货船顶边舱横隔板的拓扑优化设计 被引量：1

3

作者 严卫祥 赵文斌 +1 位作者 匡岩 夏利娟 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第4期21-26,共6页

针对散货船顶边舱横隔板的设计主要靠母型船和工程师经验进行,以横隔板重量最轻为目标,参照原始设计的应力结果进行基于应力约束的拓扑优化。基于原始设计方案,去除顶边舱横隔板上的开孔面板、防倾肘板和屈曲筋,对结构进行细化后获得响... 针对散货船顶边舱横隔板的设计主要靠母型船和工程师经验进行,以横隔板重量最轻为目标,参照原始设计的应力结果进行基于应力约束的拓扑优化。基于原始设计方案,去除顶边舱横隔板上的开孔面板、防倾肘板和屈曲筋,对结构进行细化后获得响应工况的应力作为拓扑优化的应力约束。分别对单个横隔板进行拓扑优化和对货舱内所有横隔板进行拓扑优化。基于拓扑优化结果,设计新的横隔板开孔方式并进行详细设计,并基于三舱段有限元计算对优化设计进行粗网格和细化分析校核。优化后的构型相对原始设计能获得更轻便的重量和更小的应力结果。本文的研究可以为散货船的拓扑优化、顶边舱横隔板的设计提供参考。 展开更多

关键词 散货船结构 拓扑优化 有限元强度校核 顶边舱横隔板

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应力约束下车架的结构拓扑优化设计 被引量：33

4

作者 王健 张鲁邹 +1 位作者 程耿东 郭旭 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 1997年第1期15-19,55,共6页

根据汽车车架的结构及受力特点,建立了汽车车架结构拓扑优化模型,对薄板结构的极限应力分析表明,应力约束下汽车车架结构拓扑优化可用薄板结构尺寸优化方法的数学模型来描述,并用修改的满应力法求解。文中的数值结果表明这个方法是有效... 根据汽车车架的结构及受力特点,建立了汽车车架结构拓扑优化模型,对薄板结构的极限应力分析表明,应力约束下汽车车架结构拓扑优化可用薄板结构尺寸优化方法的数学模型来描述,并用修改的满应力法求解。文中的数值结果表明这个方法是有效的算法。 展开更多

关键词 车架 结构 拓扑 应力约束 汽车 设计

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拓扑优化在框架式模具结构选形中的应用 被引量：9

5

作者 张铖 梁宪珠 +3 位作者 胡江波 薛向晨 李春林 常德斌 《航空制造技术》 北大核心 2012年第9期62-63,68,共3页

对航空复合材料构件制造用框架式模具进行了底部支撑框格的结构拓扑优化;根据对优化结果的分析以及2种底部支撑框格的有限元模拟结果对比,证明了框架式模具底部支撑框格采用桁架式开口具有较高的结构效率。

关键词 框架式模具 拓扑优化 选形

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集装箱半挂车车架结构拓扑优化设计 被引量：28

6

作者 石琴 姚成 马恒永 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期10-12,17,共4页

用 ANSYS软件对某集装箱半挂车车架进行了结构拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中 ,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题 ,分析了 ANSYS软件中有关拓扑优化函数的应用方法。实现了拓扑优化方法在汽车结构的初始... 用 ANSYS软件对某集装箱半挂车车架进行了结构拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中 ,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题 ,分析了 ANSYS软件中有关拓扑优化函数的应用方法。实现了拓扑优化方法在汽车结构的初始设计过程中的应用。 展开更多

关键词 集装箱半挂车 车架结构 拓扑优化设计 汽车结构 ANSYS软件 基本结构 设计过程 结构拓扑优化 程控

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矿用车车架结构的静动态多目标拓扑优化 被引量：31

7

作者 臧晓蕾 谷正气 +3 位作者 米承继 伍文广 蒋金星 王玉涛 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期566-570,592,共6页

为了实现行驶工况极为恶劣的矿用车的车架结构的静动态多目标拓扑优化,以静态多工况下刚度和动态多个低阶频率为目标函数,提出了一种车架多目标拓扑优化方法。基于变密度法建立车架结构拓扑优化模型,采用折衷规划法确定多工况刚度拓扑... 为了实现行驶工况极为恶劣的矿用车的车架结构的静动态多目标拓扑优化,以静态多工况下刚度和动态多个低阶频率为目标函数,提出了一种车架多目标拓扑优化方法。基于变密度法建立车架结构拓扑优化模型,采用折衷规划法确定多工况刚度拓扑优化目标函数,以平均频率法确定振动频率目标函数,并利用层次分析法选定子目标权重。优化结果显示车架的刚度和固有频率均有提高。对优化后的新车架和原车架进行疲劳寿命的对比分析,结果表明:采用多目标拓扑优化后车架的疲劳寿命明显提高,改善了车架的使用性能。 展开更多

关键词 车架结构 变密度法 层次分析 多目标拓扑优化

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基于拓扑优化方法的牵引车车架优化设计 被引量：24

8

作者 龙凯 覃文洁 左正兴 《机械设计》 CSCD 北大核心 2007年第6期52-54,共3页

建立了牵引车车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,基于OptiStruct软件,对多工况拓扑优化常见问题提出了工程实用的解决方法,实现了牵引车车架结构优化设计。通过优化前后计算结果的对比分析,说明基于变密度法的拓扑优化技术能有... 建立了牵引车车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,基于OptiStruct软件,对多工况拓扑优化常见问题提出了工程实用的解决方法,实现了牵引车车架结构优化设计。通过优化前后计算结果的对比分析,说明基于变密度法的拓扑优化技术能有效进行牵引车车架优化设计,避免结构设计的盲目性,优化结果为同类产品结构设计提供了参考。 展开更多

关键词 拓扑优化 有限元法 车架 结构优化

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拓扑优化方法在产品设计中的应用探索 被引量：29

9

作者 冯桢 于涛 曾齐福 《机械设计与制造》 北大核心 2007年第3期138-139,共2页

许多工程活动中,都会遇到零件的形状和性能之间的关系。所要解决的基本问题比较典型:如果给定了零件的大致外形以及零件与周围环境的分界面,那么产品的最优形状是什么。这项任务就是拓扑优化。借助于ANSYS软件对载重汽车车架进行结构优... 许多工程活动中,都会遇到零件的形状和性能之间的关系。所要解决的基本问题比较典型:如果给定了零件的大致外形以及零件与周围环境的分界面,那么产品的最优形状是什么。这项任务就是拓扑优化。借助于ANSYS软件对载重汽车车架进行结构优化设计,这对拓扑优化设计理论在产品设计中的应用是一种尝试。 展开更多

关键词 拓扑优化 ANSYS 载重汽车车架 结构优化设计

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重型专用车车架的离散拓扑优化 被引量：9

10

作者 周旋 马力 王皎 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期32-34,共3页

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。

关键词 重型车辆 车架 有限元法 离散拓扑优化

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高体份SiC/Al复合材料空间相机框架的拓扑优化设计 被引量：12

11

作者 李畅 何欣 刘强 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第8期2526-2531,共6页

为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应... 为了提高空间相机在力/热双重环境条件下的系统稳定性,同时能够实现系统的轻量化目标,在某型空间相机的研制过程中选用了具有高比刚度和热稳定性的高体份SiC/Al复合材料。采用整体式框架结构,将基于变密度法的连续体结构拓扑优化方法应用到相机框架结构的初始设计中,通过设定相应的约束条件和目标函数,进行迭代求解,得到了相机框架分别在X、Y、Z三个方向重力作用下的结构拓扑优化结果,结合工艺要求,最终确定了空间相机框架的设计方案。通过与对比方案比较发现,经过拓扑优化所得到的框架结构在结构刚度及轻量化率上都有明显提高,实现了空间相机框架高刚度、轻量化的设计目标。 展开更多

关键词 拓扑优化 高体份SiC AL复合材料 框架结构 空间相机

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汽车子结构的复合域拓扑优化 被引量：6

12

作者 舒磊 方宗德 +1 位作者 董军 陈善志 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期444-448,共5页

提出一种复合域拓扑优化方法以控制结构设计子域的不同材料数量分布。以汽车前端结构和车架为例,研究汽车子结构中复合域拓扑优化问题。比较分析表明,采用该方法设计的汽车前端碰撞能量控制结构吸能量提高,吸能时间延长,正面碰撞时结构... 提出一种复合域拓扑优化方法以控制结构设计子域的不同材料数量分布。以汽车前端结构和车架为例,研究汽车子结构中复合域拓扑优化问题。比较分析表明,采用该方法设计的汽车前端碰撞能量控制结构吸能量提高,吸能时间延长,正面碰撞时结构所受的撞击力降低;而用该方法设计的带X形横梁的汽车车架,与常规车架相比,固有频率提高,振动状况改善。说明所提出的复合域拓扑优化方法是可行而有效的。 展开更多

关键词 拓扑优化 复合域 碰撞能量控制结构 车架

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重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构一体化拓扑优化设计 被引量：11

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作者 谷小军 徐珉轲 +6 位作者 张薇 常园园 韦畅 朱继宏 顾名坤 陈晖 张卫红 《火箭推进》 CAS 2022年第2期27-35,共9页

运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联... 运载火箭发动机机架与舱段传力结构主要负责将发动机的推力载荷有效传递至箭体壳段,是火箭结构系统中的关键部位。为充分考虑重型运载火箭发动机机架与舱段传力结构之间的耦合影响,寻找合理的传力路径并实现结构高效承载,对其开展了联合最优传力路径分析及结构优化设计。考虑变形、质量、设计空间、制造约束等设计要求,以整体刚度最大化为目标,建立了火箭发动机机架与舱段传力结构的优化模型,开展了一体化优化设计工作;讨论了发动机机架与舱段传力结构间的连接区域参数对整体结构设计的影响,给出了相关设计建议。 展开更多

关键词 发动机机架 舱段传力结构 重型火箭 拓扑优化 一体化设计

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大型离轴三反空间相机前框架优化设计与试验 被引量：6

14

作者 魏磊 张雷 +1 位作者 解鹏 陈苏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第5期72-79,共8页

为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度,针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点,设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构,并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化... 为了保证某离轴三反光学系统空间相机光机结构的高稳定性与高准确度,针对该光学系统中次镜、折叠镜组件轴向空间位置接近的特点,设计了次镜、折叠镜组件一体化的前框架结构,并提出了一种结合了自由模态与约束模态的拓扑优化方法来优化相机的前框架结构.将优化后的前框架模型带入整个相机,并对整机进行有限元分析.结果表明,光轴呈水平状态,次镜、折叠镜相对主镜的倾斜分别为9″与22.4″,次镜相对于主镜的偏心为0.021mm,均在光学系统公差要求范围内.此外,对前框架结构进行自由模态分析与试验,结果验证了优化方法的正确性.所提出的拓扑优化方法可以有效避免基于约束模态拓扑优化方法约束点之间不存在联系的缺陷,能够为高分辨、宽视场空间相机光机结构的设计提供参考. 展开更多

关键词 离轴三反空间相机 前框架 拓扑优化 模态测试 一体化结构

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三峡升船机工作门启闭机机架结构拓扑优化与设计改进 被引量：4

15

作者 楼力律 刘鹏鹏 +2 位作者 王婷婷 徐志峰 房翊 《南水北调与水利科技》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期158-161,共4页

三峡升船机下闸首工作门采用液压启闭机启闭。若按照传统方法设计启闭机机架,虽然安全,但结构自重大。采用有限元分析软件对机架结构进行静力学分析,获得结构折算应力的分布情况,再通过机架的结构拓扑优化,以结构的自重作为目标函数,得... 三峡升船机下闸首工作门采用液压启闭机启闭。若按照传统方法设计启闭机机架,虽然安全,但结构自重大。采用有限元分析软件对机架结构进行静力学分析,获得结构折算应力的分布情况,再通过机架的结构拓扑优化,以结构的自重作为目标函数,得出了结构刚度最大情况下体积减少25%的材料分布伪密度分布。在此基础上,兼顾结构的制造性要求,通过改变局部结构形式、增删加强筋、改变板材厚度等手段对机架结构进行了设计改进。改进结果不仅充分满足了强度、刚度要求,且有效降低了结构的自重。 展开更多

关键词 启闭机机架 结构优化 拓扑优化 有限元分析

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同时满足刚度和强度约束的框架拓扑优化 被引量：8

16

作者 杜家政 隋允康 郭英乔 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期339-344,共6页

基于ICM(Independent Continuous Mapping,即独立、连续、映射)方法,对单元重量、单元许用应力和单元刚度分别引入不同的过滤函数,把0-1型离散拓扑变量转化为[0,1]区间上的连续变量,建立了拓扑变量连续的优化模型。借助满应力准则将应... 基于ICM(Independent Continuous Mapping,即独立、连续、映射)方法,对单元重量、单元许用应力和单元刚度分别引入不同的过滤函数,把0-1型离散拓扑变量转化为[0,1]区间上的连续变量,建立了拓扑变量连续的优化模型。借助满应力准则将应力约束转化为拓扑变量的动态下限,用单位虚载荷法将位移约束显式化,得到拓扑优化的近似显式模型。为了提高模型的求解效率,根据对偶理论求解原问题的对偶模型,通过在对偶空间迭代求解对偶模型得到原模型的解。引入结构非奇异、结构响应不被违背和结构重量不改变三个准则判断迭代收敛,并根据这三个准则自适应的调整折减系数来搜索最佳阈值,然后根据阈值将连续拓扑变量回归为0-1型离散拓扑变量。利用MSC/Nastran的开放性,借助MSC/Patran提供的PCL(Patran Command Language)开发环境,完成了满足刚度和强度的多变量的框架拓扑优化程序。算例结果表明,用ICM方法解决多变量框架拓扑优化问题是快速、有效的。 展开更多

关键词 ICM方法 拓扑优化 框架结构 二次开发 MSC/Patran&Nastran软件平台

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导弹整体式翼面骨架结构的拓扑优化设计 被引量：7

17

作者 温晶晶 吴斌 刘承骛 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期81-88,共8页

为提高导弹结构的设计品质,将拓扑优化技术引入到整体式弹翼骨架结构设计中,对某型导弹的弹翼骨架进行优化设计。采用节点载荷等效法构建弹翼骨架的典型受力环境,解决了弹翼待设计区域的单元既参与受力又可能因为优化而被删减的设计矛... 为提高导弹结构的设计品质,将拓扑优化技术引入到整体式弹翼骨架结构设计中,对某型导弹的弹翼骨架进行优化设计。采用节点载荷等效法构建弹翼骨架的典型受力环境,解决了弹翼待设计区域的单元既参与受力又可能因为优化而被删减的设计矛盾。利用计算机辅助设计(CAD)-计算机辅助工程(CAE)接口技术,将拓扑优化后的CAE模型直接解释成CAD模型并导入CAD软件再设计,提高了拓扑优化技术的实用性。分析比较经验方案和优化方案的弹翼骨架模型的质量、强度、变形、模态等结构特性后发现:在满足结构强度和变形的条件下,优化后的弹翼骨架模型质量相对减少9.39%,并且1阶、2阶弯曲频率和1阶扭转频率得到了提高。该方法是对传统弹翼结构设计方法的补充和改善,具有参考意义。 展开更多

关键词 兵器科学与技术 弹翼骨架 拓扑优化 结构特性 轻量化

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汽车车架的结构优化设计 被引量：59

18

作者 刘齐茂 《机械设计与制造》 北大核心 2005年第4期1-3,共3页

这里以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,以某型载货车车架为例,先对车架进行拓扑优化获得车架最优拓扑形式,根据车架最优拓扑形式确定横梁的数量及分布位置和纵梁的加强方式,得到车架的概念化设计。然后对横梁和纵梁的截面尺寸进... 这里以有限元结构分析和优化算法相结合为手段,以某型载货车车架为例,先对车架进行拓扑优化获得车架最优拓扑形式,根据车架最优拓扑形式确定横梁的数量及分布位置和纵梁的加强方式,得到车架的概念化设计。然后对横梁和纵梁的截面尺寸进行优化,建立了车架的力学模型,优化参数模型,优化数学模型,有限元模型,采用ANSYS参数化设计语言编制了优化设计程序,用ANSYS软件中的零阶优化方法获得最优设计,计算结果表明该优化设计方法的有效和高效,给出了汽车车架的计算机辅助优化设计的有效方法,该方法可广泛应用于车架的优化设计工程。 展开更多

关键词 车架 拓扑优化 结构优化 有限元

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钢筋混凝土框架结构震后加固方案优选 被引量：12

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作者 张亮泉 付皓然 +1 位作者 毛晨曦 张昊宇 《地震工程与工程振动》 CSCD 北大核心 2017年第2期97-107,共11页

目前,绝大多数震损结构的震后加固依靠工程技术人员的主观经验,确定的加固方案难以综合考虑安全性、适用性、经济性、时间性和可行性等诸方面因素;并且加固方案主要针对各损伤构件提出,缺乏对加固后整体结构抗震性能恢复的评估。为解决... 目前,绝大多数震损结构的震后加固依靠工程技术人员的主观经验,确定的加固方案难以综合考虑安全性、适用性、经济性、时间性和可行性等诸方面因素;并且加固方案主要针对各损伤构件提出,缺乏对加固后整体结构抗震性能恢复的评估。为解决这一问题,本文以钢筋混凝土框架结构为研究对象,提出了一种基于模糊决策理论和动态权重理论的结构震后加固方案优选方法。该方法中首先给出了适用于该问题的层次分析模型,随后明确给出了方案优选过程中涉及到的各类定性指标取值所针对的物理意义。通过该方法可以综合考虑时间、人员、材料供应、地震现场情况等多重因素影响,对多个加固方案进行比较优选,并有效减少决策时间和人为主观误差。文中最后以一栋实际震损的四层钢筋混凝土框架结构的加固方案优选为例,验证了所提出方法的有效性。 展开更多

关键词 钢筋混凝土框架结构 震后加固 方案优选 层次分析模型 动态权重

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热压罐成型复合材料所用框架式模具热弹性耦合优化设计 被引量：3

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作者 贾东升 高彤 +1 位作者 唐磊 许英杰 《航空制造技术》 2019年第21期79-82,共4页

以热压罐成型复合材料所用框架式模具为研究对象,着眼于温度变化较大的热压罐成型工况,目标为降低模具型面的热变形。建立框架式模具热力耦合拓扑优化有限元模型,对模具进行变形分析,得出影响模具型面变形的主要因素;通过模具型面总变形... 以热压罐成型复合材料所用框架式模具为研究对象,着眼于温度变化较大的热压罐成型工况,目标为降低模具型面的热变形。建立框架式模具热力耦合拓扑优化有限元模型,对模具进行变形分析,得出影响模具型面变形的主要因素;通过模具型面总变形在X、Y、Z方向变形分量的比较,结合工程实际,确定了模具设计需要重点关注型面展向变形。发展了热弹性耦合结构拓扑优化设计方法,对比各工况下的拓扑优化设计结果,得到了镂空型周期性框架式模具构型。重构模型的变形分析验证了该模型可有效降低热变形15.92%,减重21.32%,验证了该优化设计方法的有效性。 展开更多

关键词 拓扑优化 热力耦合 局部变形 框架式模具 结构设计

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