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可铸造性十字板式节点拓扑优化设计研究
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作者 余永强 韩文哲 王超 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期170-178,共9页
目的采用传统结构拓扑优化方法对十字板式节点构型进行优化设计后,所得优化结果几何构型复杂,铸造困难。方法考虑铸造约束的结构拓扑优化,在密度法框架下,本文以结构柔顺度最小化为目标,建立同时考虑材料体积和铸造约束条件的结构拓扑... 目的采用传统结构拓扑优化方法对十字板式节点构型进行优化设计后,所得优化结果几何构型复杂,铸造困难。方法考虑铸造约束的结构拓扑优化,在密度法框架下,本文以结构柔顺度最小化为目标,建立同时考虑材料体积和铸造约束条件的结构拓扑优化模型;利用密度过滤和阈值投影相结合的优化技术减少优化设计中的中间密度单元;采用P-norm函数解决铸造约束函数面临的可微性问题。在此基础上,分别进行基于典型2D和3D十字板式节点的可铸造性结构拓扑优化设计对比研究。结果结果表明:采用集成铸造约束条件的结构拓扑优化方法,可有效解决传统十字板式节点拓扑优化设计面临的铸造困难问题;不同脱模方向和材料体积均会导致不同的节点设计,合理的脱模方向和充足的材料有利于获取高性能节点设计;过滤半径和网格密度主要影响节点的优化设计质量,过滤半径越小,节点设计越精细,网格密度越细密,节点设计越光滑。结论本文优化设计构型创新,满足可铸造性要求,可为可铸造性铸钢节点优化设计提供有益参考。 展开更多
关键词 拓扑优化 十字板式节点 可铸造性 铸钢节点 空间结构
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基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰设计 被引量:2
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作者 廖力 孟婥 +1 位作者 张荣涛 孙志军 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第6期57-64,共8页
为进一步减轻碳纤维复合材料(CFRP)和球墨铸铁(QT)混合结构机械臂的质量,提出基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰轻量化设计方法。创建六自由度工业机器人动力学模型,分析并求解机器人负载50 kg运动过程中关节所受载荷,并... 为进一步减轻碳纤维复合材料(CFRP)和球墨铸铁(QT)混合结构机械臂的质量,提出基于拓扑优化和正交分析的混合结构机械臂关节法兰轻量化设计方法。创建六自由度工业机器人动力学模型,分析并求解机器人负载50 kg运动过程中关节所受载荷,并将最大载荷作为有限元分析的输入载荷。基于分析结果,对混合结构机械臂关节法兰进行拓扑优化,并结合加工工艺和正交分析试验,得到最优关节法兰模型。仿真和试验结果表明,当混合结构机械臂关节法兰周向开槽对数为3、轴向开槽个数为2、开槽为40°圆心角时,关节法兰质量、混合结构机械臂最大变形和最大应力相比优化前减少8.95%、2.46%和3.34%,满足机器人的运动性能要求。 展开更多
关键词 混合结构机械臂 关节法兰 拓扑优化 正交分析 轻量化设计
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基于钻井液振动筛电机底座的拓扑优化与尺寸联合优化 被引量:1
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作者 蒋瑞强 姚运仕 陈世斌 《南方农机》 2024年第4期136-143,共8页
针对振动筛分机电机底座设计质量冗余的问题,采用ANSYS Workbench仿真平台拓扑优化模块对振动筛分机电机底座进行拓扑分析。基于拓扑优化找到冗余部分,通过尺寸联合优化得出最终结构。结果显示,优化前后底座的强度和刚度变化较小但质量... 针对振动筛分机电机底座设计质量冗余的问题,采用ANSYS Workbench仿真平台拓扑优化模块对振动筛分机电机底座进行拓扑分析。基于拓扑优化找到冗余部分,通过尺寸联合优化得出最终结构。结果显示,优化前后底座的强度和刚度变化较小但质量减轻了10%,达到了结构轻量化的目的。 展开更多
关键词 振动电机底座 拓扑优化 尺寸联合优化
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适用于三段大部件对接的柔性装配平台设计与优化 被引量:7
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作者 蒋君侠 范子春 +1 位作者 郭志敏 柯映林 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第9期1798-1804,共7页
针对飞机数字化装配系统要求具有充分柔性的问题,提出一种能同时满足3种不同机型的柔性装配平台,主要内容包括:根据3种不同机型工艺接头的安装位置,采用六块机身移动平台进行支撑的布局方案,并优化移动平台的外形尺寸;对移动平台进行结... 针对飞机数字化装配系统要求具有充分柔性的问题,提出一种能同时满足3种不同机型的柔性装配平台,主要内容包括:根据3种不同机型工艺接头的安装位置,采用六块机身移动平台进行支撑的布局方案,并优化移动平台的外形尺寸;对移动平台进行结构设计,并采用有限元分析得到平台的应力分布、承载变形和振动模态;使用拓扑优化工具找寻与移动平台载荷匹配的加强筋分布,通过对比分析得到一种新的加强筋分布形式.该平台通过简单的配置可以适用于结构尺寸相近的不同飞机共平台装配,且工作稳定可靠,具有充分的柔性. 展开更多
关键词 三坐标定位器 飞机大部件 调姿对接 柔性装配系统 拓扑优化
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乘用车车门异响分析及焊点优化 被引量:3
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作者 程兆刚 刘艺 +1 位作者 闫石 赵永玲 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第6期229-231,235,共4页
乘用车车门异响是影响车内舒适性的主要因素之一,而使得车门结构产生异响的主要因素是结构连接处焊点强度不足。以国内某乘用车车门为例,首先在CATIA中建立三维模型,基于有限元分析软件Hyper Mesh进行网格划分和模态分析,获得车门自由... 乘用车车门异响是影响车内舒适性的主要因素之一,而使得车门结构产生异响的主要因素是结构连接处焊点强度不足。以国内某乘用车车门为例,首先在CATIA中建立三维模型,基于有限元分析软件Hyper Mesh进行网格划分和模态分析,获得车门自由模态频率和振型;然后利用声学分析软件VAOne对车门异响进行有限元仿真分析,获取车门产生异响的主要分布区域。最后,基于拓扑优化方法对车门结构中的焊点布置进行优化设计,经焊点优化后的车门异响问题得到了有效解决。 展开更多
关键词 异响 间隙分析 拓扑优化 焊点
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机床固定联接部特征与结构设计研究 被引量:1
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作者 赵强 王德伦 +3 位作者 董惠敏 马雅丽 张允良 申会鹏 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2013年第10期108-112,共5页
针对机床固定联接部的结构特征,将其分为爪座式、凸缘式及内嵌式等形式。根据联接部的结构,提出螺栓预紧力-接触单元等效物理模型,在接触面处采用接触单元,螺栓中间施加预紧力。运用拓扑优化方法对固定联接部建立以左右导轨变形最小为... 针对机床固定联接部的结构特征,将其分为爪座式、凸缘式及内嵌式等形式。根据联接部的结构,提出螺栓预紧力-接触单元等效物理模型,在接触面处采用接触单元,螺栓中间施加预紧力。运用拓扑优化方法对固定联接部建立以左右导轨变形最小为优化目标、体积比为约束的拓扑优化概念模型,根据材料分布云图进行内嵌式的结构设计;利用尺寸优化方法对内嵌式的联接部建立多目标多参数的尺寸优化模型,通过灵敏度分析,把对目标影响较大的尺寸作为优化设计参数。以某机床立柱为对象,进行了固定联接部的结构设计,分析了预紧力对导轨变形的影响,将新方案与原方案进行性能对比,在保持重量基本不变的前提下,X、Y、Z三向的平均刚度分别提高13.16%,9.38%和3.51%,为机床支承件轻量化设计奠定了基础。 展开更多
关键词 固定联接部 结构特征 物理模型 拓扑优化 尺寸优化
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基于仿生子结构的铝合金板式节点拓扑优化 被引量:3
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作者 张帆 杜文风 张皓 《科学技术与工程》 北大核心 2021年第4期1489-1498,共10页
针对铝合金板式节点自重大且应用传统拓扑优化效果不佳的问题,在子结构拓扑优化的基础上利用仿生学原理提出一种仿生子结构划分方法,显著改善了铝合金板式节点的拓扑优化效果,并构建一种轻质高强的新型铝合金节点。首先以Y型节点为例提... 针对铝合金板式节点自重大且应用传统拓扑优化效果不佳的问题,在子结构拓扑优化的基础上利用仿生学原理提出一种仿生子结构划分方法,显著改善了铝合金板式节点的拓扑优化效果,并构建一种轻质高强的新型铝合金节点。首先以Y型节点为例提出仿生子结构拓扑优化的基本思路和数学模型并验证了该方法的有效性;然后应用该方法对传统铝合金板式节点进行拓扑优化。优化过程中,先使用SolidWorks软件建立节点模型;然后以甲虫前翅为仿生对象进行拓扑优化子结构划分,并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器进行给定荷载条件下的节点拓扑优化分析;再通过OSSmooth模块进行FEA reanalysis处理,提取优化结果的关键拓扑特征;最后将拓扑节点有限元模型通过SolidWorks软件进行重建模设计,获得新型铝合金节点。研究结果表明,仿生子结构拓扑优化方法有效提升了结构优化效率和优化效果,应用该方法得到的新型铝合金节点在最大等效应力降低19.97%的同时大幅降低其自重52.91%。 展开更多
关键词 铝合金节点 拓扑优化 子结构 仿生
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吸导结构耐撞性的主从关联拓扑优化 被引量:2
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作者 雷正保 黄敏 苟明兴 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期1308-1312,1326,共6页
传统的抗撞结构只需满足安全性指标要求,虽然它既要求碰撞最大加速度小,又要求结构最大变形量小,但可行域有交集。随着国家标准的完善,新增对刚度有极高要求的导向性指标,使同时满足安全性与导向性要求的可行域为空集,现有方法不能解决... 传统的抗撞结构只需满足安全性指标要求,虽然它既要求碰撞最大加速度小,又要求结构最大变形量小,但可行域有交集。随着国家标准的完善,新增对刚度有极高要求的导向性指标,使同时满足安全性与导向性要求的可行域为空集,现有方法不能解决此问题。本文中提出一种吸能导向抗撞结构的主从关联耐撞性拓扑优化方法。首先,针对安全性指标,建立安全从属模型。然后,根据安全从属模型的传力路径,引入导向刚度补偿装置,将其与安全从属模型结合而建立了主模型并通过拓扑优化获取其拓扑构型。最后,利用实例验证了所提出方法的适用性,结果表明,车辆在25%重叠率碰撞中导向性优越,且在100%正面碰撞中吸能效果良好,为抗撞结构的优化设计提供了一种新方法。 展开更多
关键词 抗撞结构 吸能导向 耐撞性 主从关联拓扑优化 刚度补偿
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基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计 被引量:16
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作者 梁明轩 李正刚 +2 位作者 唐任仲 陈立 黄川 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第21期2562-2566,共5页
针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于"转子-扭簧"模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端... 针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于"转子-扭簧"模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。 展开更多
关键词 机械臂 关节刚度 柔性多体动力学 拓扑优化 载重/自重比
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某轿车车身关键连接点动刚度分析及优化设计 被引量:20
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作者 赖坤城 赵津 +1 位作者 刘东杰 黄信念 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第36期337-342,共6页
动刚度是系统结构抵抗外部动态激励的参数,通过对车身关键点动刚度分析和优化,可以有效提高车辆噪声、振动与声振粗糙(noise,vibration and harshness,NVH)性能和舒适性。以某款轿车车身为研究对象,介绍了动刚度的基本概念和相关理论,... 动刚度是系统结构抵抗外部动态激励的参数,通过对车身关键点动刚度分析和优化,可以有效提高车辆噪声、振动与声振粗糙(noise,vibration and harshness,NVH)性能和舒适性。以某款轿车车身为研究对象,介绍了动刚度的基本概念和相关理论,并针对车身存在振动过大的问题,利用HyperWorks软件建立白车身有限元模型,选取15处车身关键连接点进行振动频率响应分析和动刚度分析,找到动刚度相对薄弱的点和频段。并以发动机悬置左连接点动刚度不足的问题为例,进行局部拓扑优化和提出修改方案,从而达到改善车辆NVH性能和提高乘坐舒适性的目的。通过动刚度锤击测试,验证了计算机仿真的可靠性及准确性。 展开更多
关键词 动刚度 车身振动 车身关键连接点 发动机悬置连接点 拓扑优化
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大跨度无支撑甲板拓扑-尺寸-材料联合优化设计 被引量:3
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作者 崔宇朋 余杨 +1 位作者 余建星 李振眠 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第23期2879-2887,2897,共10页
提出了一种加筋板概念-详细联合设计框架,以开展空间约束下的大跨度无支撑甲板刚度、变形及动态振动性能拓扑-尺寸-材料综合优化研究。应用加筋板拓扑设计域降维处理策略解决了大跨度甲板三维实体单元断连及计算效率低的问题。提出了兼... 提出了一种加筋板概念-详细联合设计框架,以开展空间约束下的大跨度无支撑甲板刚度、变形及动态振动性能拓扑-尺寸-材料综合优化研究。应用加筋板拓扑设计域降维处理策略解决了大跨度甲板三维实体单元断连及计算效率低的问题。提出了兼顾迭代效率和逼近全局最优解的三段式延拓(TSC)法并应用于大跨度甲板的应变能、多工况位移及一阶动态频率的概念设计。通过480个加筋板刚度最大化算例证明了TSC法的有效性。提出了尺寸/材料一体化设计方法,并联合自动化技术对大跨度甲板概念结构进行了详细设计以便工程化制造,即曲形T形梁的截面尺寸、面板厚度及材料弹性模量组合优化。结果表明:与传统大跨度甲板相比,通过加筋板概念-详细联合设计框架高效获得的曲形大跨度无支撑甲板具备空间及性能(刚度、变形、动态振动)的双重优势。 展开更多
关键词 拓扑-尺寸-材料联合优化 降维处理策略 三段式延拓法 大跨度无支撑甲板
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抑制螺栓固定悬臂梁谐振效应的胶层设计
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作者 宋阳 王强龙 +1 位作者 刘震宇 李耀彬 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第7期30-32,36,共4页
螺栓连接结构的受迫振动通常存在非线性谐振效应,这会影响基于线性近似的悬臂梁结构特征频率优化结果的可信度,因此必须对其谐振效应加以抑制。分析非线性来源可知螺栓连接面的碰撞等因素导致了非线性,提出在螺栓连接结合面添加弹性胶... 螺栓连接结构的受迫振动通常存在非线性谐振效应,这会影响基于线性近似的悬臂梁结构特征频率优化结果的可信度,因此必须对其谐振效应加以抑制。分析非线性来源可知螺栓连接面的碰撞等因素导致了非线性,提出在螺栓连接结合面添加弹性胶层的方法来弱化由于螺栓接触状态的周期变化导致的谐振效应,实验结果表明胶层的添加可以明显减弱螺栓固定结构非线性谐振。在此试验结果的基础上,利用拓扑优化方法,以应变能极小为目标对胶接层分布进行优化设计,仿真结果表明优化后的胶层分布可有效的抑制谐振响应。 展开更多
关键词 悬臂梁 螺栓连接 谐振效应 拓扑优化 胶层 非线性
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基于群体智能算法的无人机蜂群拓扑构型方法 被引量:2
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作者 杨彦祥 张翔引 +1 位作者 李波 秦开宇 《电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期203-208,共6页
面向特定任务场景,无人机蜂群需要通过拓扑构型自主形成特定的拓扑形状以实现高效群体协同机制。拓扑构型通常包含从初始拓扑到目标拓扑的最佳映射和最优拓扑构型位置这两个问题,它们相互影响并直接关系到无人机蜂群的全局能量消耗。基... 面向特定任务场景,无人机蜂群需要通过拓扑构型自主形成特定的拓扑形状以实现高效群体协同机制。拓扑构型通常包含从初始拓扑到目标拓扑的最佳映射和最优拓扑构型位置这两个问题,它们相互影响并直接关系到无人机蜂群的全局能量消耗。基于全局能耗最小化为目标的无人机蜂群拓扑构型联合优化模型,建立了基于群体智能算法的一般化求解框架,给出了基于灰狼优化算法(GWO)、均衡优化算法(EO)和穷富优化算法(PRO)的具体求解方法,并讨论了基于群体智能算法求解优化模型的加速收敛策略。仿真结果证明了该无人机蜂群拓扑构型方法的有效性。在典型拓扑构型场景下,该优化方法在8次迭代内即可实现算法收敛。 展开更多
关键词 全局能耗 联合优化 群体智能 拓扑构型 无人机蜂群
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基于拓扑优化的冲压发动机主安装节承力结构设计
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作者 石波 杨广杰 +2 位作者 戴进 周杰 樊根民 《火箭推进》 CAS 2022年第5期54-60,共7页
针对冲压发动机主安装节承力结构优化,开展集中力扩散结构设计。首先采用工程方法设计放射肋扩散结构方案,然后开展拓扑优化设计。通过平板结构优化算例验证适合此类工程问题的内力均匀性约束条件,采用全域粗网格模型求解优化设计域、... 针对冲压发动机主安装节承力结构优化,开展集中力扩散结构设计。首先采用工程方法设计放射肋扩散结构方案,然后开展拓扑优化设计。通过平板结构优化算例验证适合此类工程问题的内力均匀性约束条件,采用全域粗网格模型求解优化设计域、精细网格模型求解结构方案的二轮优化迭代的拓扑优化方法,得到最终优化结果。通过工程设计法与拓扑优化方法的对比,证明拓扑优化方法更适合处理多方向、多工况载荷的集中力扩散结构工程问题。结构拓扑优化方案对比放射肋方案:结构质量减轻2.6;对应最大载荷(工况3)的结构最大变形量减少4.4,结构最大应力减少10;集中力扩散效果更好。设计方法的有效性得到验证,为集中力扩散结构优化探索出实用的设计思路和方法。 展开更多
关键词 冲压发动机 发动机安装节 集中力扩散 拓扑优化
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