Optimization of Composite Wind Turbine Blade Based on Modal Sensitivity

This study develops a method for the full-size structural design of blade,involving the optimal layer thickness configuration of the blade to maximize its bending stiffness using a genetic algorithm.Numerical differentiation is employed to solve the sensitivity of blade modal frequency to the layer thickness of each part of blade.The natural frequencies of first-order flapwise and edgewise modes are selected as the optimal objectives.Based on the modal sensitivity analysis of all design variables,the effect of discretized layer thickness on bending stiffness of the blade is explored,and 14 significant design variables are filtered to drive the structural optimization.The best solution predicts an increase in natural frequencies of first-order flapwise and edgewise blade modes by up to 12%and 10.4%,respectively.The results show that the structural optimization method based on modal sensitivity is more effective to improve the structural performance.

基于灵敏度分析的汽车车门模态和刚度优化

车门是汽车重要的组成部件,其主要作用是为驾乘人员提供出入车辆的通道,保护驾乘员安全,降低车内噪音。车门既要满足刚度性能要求,又要满足振动性能要求,因此,在车门设计过程中,采用灵敏度分析方法可以有效平衡车门各性能的设计要求,从而提高车门的设计效率。本实验研究中,首先建立车门分析模型,对其进行振动分析,并对分析结果进行试验验证;接着以一阶弯曲频率、扭转刚度位移、下垂刚度位移及总质量为响应,对车门钣件厚度进行灵敏度分析;最后,以车门钣件灵敏度分析筛选出的敏感钣件作为设计变量,以车门各性能指标作为约束条件,对车门进行优化设计。

载货车驾驶室的静力模态刚度灵敏度

驾驶室与车架在整车安装的环境下具有复杂耦合关系,针对这一复杂的优化问题,引进了静力模态刚度概念,定义了静力模态刚度灵敏度,推导了计算静力模态刚度灵敏度的方法.该方法已应用在整车安装环境下驾驶室的设计分析.在分析中,采用了整车有限元模型,将驾驶室分为15个超单元.结果表明所得的静力模态刚度灵敏度可以用来改进驾驶室设计.

整车环境下商用车驾驶室模态刚度灵敏度

由于在整车环境下零部件之间存在复杂的耦合关系,大多数汽车零部件优化设计都局限于单个零部件设计。针对整车环境下汽车零部件的优化问题,引进了模态刚度的概念,定义了基于有限单元或单元组(超单元)的模态刚度灵敏度,推导了相应的计算方法。该方法已应用于整车环境下商用车驾驶室的模态刚度灵敏度分析。在计算中,建立了整车的三维有限元模型,并把驾驶室划分为15个超单元。所得的模态刚度灵敏度可直接用来改进驾驶室的结构设计。本文方法为在整车环境下汽车零部件的优化提供了简单有效方法。

基于有限测点信息的结构损伤识别柔度法

利用有限测点获得结构的模态参数,提出了基于有限测点的结构损伤识别的柔度法。该方法是通过仅考虑结构柔度的灵敏度分析,以结构各自由度的损伤信息为条件,选择对结构柔度变化敏感的自由度为测点,并利用有限测点的信息提出了结构完备模态振型的重建技术。在此基础上,对柔度矩阵做关于结构物理参数变化量的一阶泰勒展开,来确定结构单元的损伤因子对结构进行损伤识别。从而实现利用结构有限测点的模态信息来识别结构的损伤,解决了测试结构的模态振型的不完整给结构的损伤诊断带来的困难。通过数值算例说明了该方法的有效性。

螺栓联接结构弯曲刚度优化设计

通过使用增强拉格朗日法模拟螺栓联接接触问题,并进行模态计算,所得的计算结果与模态试验结果有较好的一致性。对算例模型全参数化建模,分析影响螺栓联接结构抗弯刚度参数的灵敏度。最后,通过响应面方法对螺栓联接结构进行优化,使结构的弯曲刚度增加了0.92%。研究表明,在结构材料等参数不变的前提下,通过合理的进行螺栓联接结构设计,能够提高结构的弯曲刚度。

某重型矿用自卸车驾驶室的模态分析和结构优化

为改善驾驶室的振动情况,提高舒适性,结合某重型矿用自卸车建立了驾驶室的有限元模型,利用ANSYS软件对其进行了模态分析,获取前10阶固有频率和振型;分析了各部件厚度特征对1阶弹性模态和质量的灵敏度情况,根据结果确定变量并对模型机型优化。结果表明:驾驶室在质量没有增加的前提下,1阶弹性模态由35.3 Hz变到45.2 Hz,有效地改善了驾驶室的动态特性。

基于模态应变能及灵敏度分析白车身模态优化

白车身优化过程中,由于板件较多,直接使用模态灵敏度分析的分析对象多且计算量大。本文引入模态应变能分析方法,从而减少模态灵敏度分析对象,提高优化效率。基于模态试验验证的有限元模型,选取模态应变能分析的一阶模态振型下的薄弱位置,缩小模态灵敏度分析的板件范围,再根据灵敏度分析结果对板件厚度进行调整,提高白车身一阶模态频率。最终结果表明,优化后一阶模态频率由15.75Hz提高到了16.50 Hz,同时白车身质量未增加,实现了白车身模态性能提升的同时车身不增重。

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.

基于加权相对灵敏度的驾驶室结构轻量化

建立了某卡车驾驶室结构有限元模型,通过实验与数值模态分析的对比验证了模型的准确性。对驾驶室构件直接进行灵敏度分析,通过层次分析法确定约束响应的权重系数,并考虑约束响应可变裕度。在此基础上提出加权相对灵敏度概念并据此确定设计变量及其优化方向。在保证驾驶室主要静动态性能不降低的前提下,优化驾驶室部分构件厚度。优化后的驾驶室质量比优化前减小了8.7%,主要静动态性能均有不同程度的提高,车内低频噪声略有升高。

振动时效效果的振动评价

本文通过实验分析,揭示了振动时效前后材料微观组织的变化规律,研究了残余应力松驰与刚度变化间的相互关系,在此基础上,借助振动模态灵敏度分析,建立了一种评价振动时效效果的振动判据。

双横臂式独立悬架下摆臂的轻量化设计

针对双横臂式独立悬架下摆臂的结构优化问题,提出一种基于刚度和质量灵敏度分析的参数化优化方法。通过Hyper Mesh建立下摆臂有限元模型,选取4种极限工况对下摆臂进行强度分析和自由模态的仿真分析。选择关于下摆臂刚度及质量的灵敏度相关性较高的零件作为优化设计变量,下摆臂质量最小化为设计目标函数,强度性能为约束条件进行轻量化设计。仿真结果表明,优化后的摆臂模型,其刚度及模态性能得到保证的前提下,悬架下摆臂结构总成质量减轻23.6%。

灵敏度分析在车身结构优化设计中的应用

应用灵敏度分析的方法对车身结构进行优化设计。首先,根据有限元分析,获得车身的模态和刚度性能;再次,以车身模态和刚度为约束条件,车身质量最轻为优化目标进行灵敏度分析,根据灵敏度分析结果选择合理设计变量,进行车身结构优化。优化后,不但实现了车身轻量化,还提高了车身模态频率和刚度。

一种新型4自由度柔顺并联机构的设计和特性

设计一种新型4自由度精密微动平台，并对其静态和动态特性进行分析。在传统4一RRUR并联机构的基础上，采用替换法设计具有解耦的柔顺并联机构。采用有限元软件ANSYS对机构进行刚度和运动学分析，分析结果表明所设计的平台具有解耦的x和y方向平动，并能实现4自由度微动。对机构进行灵敏度分析表明该柔顺机构的各个方向的位移灵敏度约为6μm／μm，说明平台灵敏。对机构进行模态分析，从振型可以看出该机构能实现4自由度方向的运动，并分析了在有和无预应力两种情况下的固有频率，两者差值范围为17．2％～52．4％，说明预应力对机构的固有频率有较大影响。

基于灵敏度分析的轿车车身质量优化研究

以某型轿车为例,建立车身有限元分析模型,对模型进行了试验验证。综合考虑零件厚度对车身质量与刚度的影响,利用灵敏度分析方法确定优化设计变量。以白车身质量最小为目标函数,在保证车身刚度和模态性能的前提下,进行车身质量优化。在车身质量减轻了6.25%的同时,车身刚度和主要模态频率也获得了不同程度的提高。

一种识别结构系统边界条件的新方法

提出了利用特征值的灵敏度分析和振动模态参数相结合识别结构系统边界条件的新方法．文中详细地进行了方法的理论推导和算例分析，表明该方法有效，实际可行．

FSAE赛车车架灵敏度分析与轻量化设计

以FSAE赛车车架为研究对象,构建了基于扭转刚度及模态频率综合灵敏度分析的车架有限元模型.通过考虑管件壁厚对车架性能影响的相对灵敏程度,从而选择更具针对性的设计变量进行优化设计.以车架质量最小为目标函数,以扭转刚度和模态频率为约束条件,对车架管件壁厚进行优化计算.结果表明,在保证使用性能的前提下,优化后的车架质量比原设计减少了6.01%.

基于刚度和模态的某自卸车车架轻量化设计

利用有限元模态分析理论,分析了某自卸车车架的动态特性,结合车架模态试验验证了模型的合理性。在已验证的模型基础下求解了车架的弯曲和扭转刚度。进行灵敏度分析以确定有效的设计变量。以车架总质量为目标函数,以刚度和1阶固有频率为约束条件,建立轻量化优化模型。通过拉丁方试验设计方法选取样本点,运用径向基函数构造模型各响应的近似模型,采用遗传算法求解近似模型。获得的优化结果参数代入实际模型后结果表明车架总质量在满足刚度和1阶模态频率约束要求下下降了18.37 kg。

SIMP插值的约束层阻尼结构拓扑优化

针对约束层阻尼结构拓扑优化问题,采用SIMP插值模型和变密度方法,构建了以模态损耗因子为目标函数,约束阻尼材料用量为约束条件的拓扑优化模型。推导了模态损耗因子对设计变量的灵敏度表达式。采用优化准则法,计算了约束层阻尼的最优拓扑构型,给出了拓扑优化计算的流程。结果表明:采用该拓扑优化方法对约束层阻尼材料进行优化布局,能在减少阻尼材料用量的前提下,显著提高结构模态损耗因子,降低频率响应幅值。

基于HyperWorks的某轿车前车门下沉刚度的改进设计

针对某国产轿车车门出现的下沉刚度问题,应用CATIA软件建立三维几何模型,利用有限元理论与方法建立基于HyperMesh环境下的有限元模型,并用Optistruct求解器进行下沉刚度的仿真分析。仿真结果表明,该车门存在下沉刚度不足、应力值过大的问题。应用HyperStudy软件对车门各部件进行下沉刚度的灵敏度分析,依据分析结果提出了三种改进措施,并对车门改进后的低阶模态进行了计算。改进后的车门下沉刚度中的最大位移由10.78 mm降为1.927 mm、最大应力由489.3 MPa降为217.7 MPa,满足了车门下沉刚度的要求。