桁架结构尺寸和形状、拓扑的渐进优化方法

提出了一种求解桁架结构尺寸 ,形状和拓扑组合优化的渐进优化方法。将优化问题分解为拓扑优化和尺寸、形状优化两个子问题分层求解。通过连续化的拓扑变量和近似方法构造了拓扑变量灵敏度系数计算式 ,由拓扑变量灵敏度系数识别和删除杆件单元。结构尺寸、形状优化采用准则法和渐进移点法的组合方法。分层优化时 ,在桁架中加上所有可能的杆件 ,先进行尺寸、形状优化 ,再进行拓扑优化 ,随后二者交替进行迭代 ,迭代过程的结构重量最小值即为最优解。算例表明了文中方法的有效性 。

平板拖车尺寸形状优化设计

随着计算机应用技术的提高,以有限元分析技术为基础的优化技术得到了发展。本文以HyperWorks软件为平台,对平板车车架进行建模和多种工况的静力分析,并以静力分析结果为目标进行尺寸和形状优化,在满足平板车刚度和强度要求的条件下减轻了车身的重量。

结合可靠性的桁架结构形状与尺寸组合优化设计

文中提出了一种结合可靠性的桁架结构形状与尺寸组合优化设计,将形状与尺寸设计变量转换成无量纲设计变量,进行统一优化,对优化结果进行可靠性评估,直至达到最合理的结果,并将最终结果与ANSYS软件优化结果做对比,以体现该方法的优越性。该方法的有效性通过算例给予验证。

基于拓扑优化的铝合金桁架新结构

铝合金材料由于自重轻而在屋架结构上具有较大的优势。首先,本文通过Hyper Mesh软件对铝合金桁架结构进行了拓扑优化,根据拓扑结果设计出了符合铝合金材料的最优桁架形式。然后,运用ANSYS软件对跨度12 m、18 m、27 m、36 m、45 m的桁架形式进行了进一步的形状与截面尺寸优化,提出了一种新的铝合金桁架结构形式。结果表明,随着体积分数不断增大,拓扑图里的受力杆件更加清晰,桁架可以采用不加竖杆,腹杆采用三角形或者交叉的新形式。按新设计的桁架形式进行截面优化设计后,耗铝量明显优于常规桁架结构形式,尤其是对跨度超过27 m的,按拓扑优化后的新桁架形式能够节约更多的材料。

一种卫星分步结构优化方法

在卫星结构设计中,为了在满足各种工况条件下有效实现减重,基于优化驱动设计的思想,文章提出了一种分步结构优化方法:第一步采用固体各项同性惩罚微结构法(SIMP)进行多工况下最小柔顺度的拓扑优化,通过将多工况下的优化目标加权,转化为单目标优化问题,优化求解得到最优构型;第二步,提取第一步优化方案的拓扑构型关键特征,以质量最小、整星结构基频最高为目标,采用带精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ)对形状和尺寸参数进行多目标优化;第三步,根据得到的形状尺寸参数,考虑实际加工和设计要求,经过人工修改迭代,得到最终设计。此方法应用于天拓-3卫星的支撑腿结构设计中,实现了考虑多工况的拓扑优化和多目标的形状尺寸优化。按照工程设计制造要求进行处理,获得的优化方案在满足各项约束条件下使支撑腿结构有效减重44.57%,整星结构基频提高3.97%,说明该方法具有较强的工程应用价值。

基于免疫粒子群-齿行法的桁架结构分层优化

针对考虑应力约束、位移约束和压杆稳定约束的桁架结构进行形状和尺寸优化,提出了一种基于免疫粒子群优化算法和齿行法的桁架结构优化算法.对形状和尺寸2类耦合变量进行分层处理.内层考虑各类约束条件,利用收敛速度较快的齿行法对给定形状的结构进行截面优化,使其自重最轻,将约束问题转化为非约束问题;外层则通过全局搜索能力较强的免疫粒子群算法对结构形状进行全局搜索,得出最终优化结果.通过37杆平面简支桁架桥和25杆空间桁架2个经典算例验证了所提算法的有效性.结果表明,所提算法采用内外层嵌套搜索,能够更好地处理2类变量的耦合关系,有效缩小了解空间的范围,具有良好的优化效果和较高的搜索效率.

优化设计技术在民机结构设计中的应用

基于HyperWorks结构优化设计软件,对某型民用飞机平尾后缘舱铰链支架进行优化设计,在给定的边界条件下通过拓扑优化技术寻找出在优化空间内的最佳材料布局,介绍了优化设计技术在飞机结构设计技术中的应用,探讨拓扑优化、尺寸优化、形状优化在飞机结构件设计技术中的应用。

一种海洋平台甲板结构有频率约束的动力拓扑优化方法

利用浙进优化的原理进行海洋平台甲板结构的动力优化。对海洋平台甲板建立具有频率禁区约束的结构动力优化设计的三维有限元模型;计算原结构的灵敏度,采用在灵敏度高的区域,加强原构件及增加构件的方法,使结构避开频率禁区,避免共振;在此基础上,通过删除构件,改变结构的拓扑形状,对结构进行渐进优化。可达到满足结构动力要求,减小结构质量的目的。

基于OptiStruct的轨道车辆车载箱体结构轻量化分析

为实现某轨道车辆车载箱体结构轻量化设计,选定箱体设备承载梁和上盖板为优化对象。针对设备承载梁结构,以质量最小化为目标,以保证其一阶垂弯和一阶横弯频率不低于原结构为约束条件,采用拓扑优化方法找到其材料分布概念模型,再采用形状尺寸优化方法确定其具体结构;针对上盖板结构,在降低板厚实现减重情况下,采用形貌优化方法提高其一阶模态频率。最后根据优化结果并结合工艺及安装要求对承载梁和上盖板进行详细设计,并对优化设计后的箱体结构进行强度及模态验证。结果表明:优化后的箱体结构,在保证其强度和刚度的前提下,实现了结构轻量化;在箱体结构设计中,合理运用不同优化方法有利于快速实现结构轻量化。

全参数化概念车身协同开发与快速化结构设计研究

针对汽车开发的概念设计阶段传统方法设计周期长、方案优化过程慢的问题,提出全参数化概念车身协同开发设计流程和快速化结构设计技术。建立了某公司系列车型参数化模型数据库;利用模块化建模技术,快速建立了某车型全参数化概念车身模型,并论证了该模型的计算精度满足工程实际要求。以某新车型白车身开发为例,论证了全参数化概念车身协同开发设计流程的高效性和快速化结构设计技术指导概念车身开发设计的可行性。

空间反射镜结构轻量化设计研究

为提高空间反射镜的轻量化率,设计了一种新型空间反射镜结构。以空间望远镜次镜为研究对象,首先对实体镜坯进行了拓扑优化,根据材料分布结果建立了次镜初步模型;对初步模型进行了尺寸、形状联合优化,进而得到了一种新型次镜结构。其次建立了采用背部三角形轻量化孔的传统次镜结构模型,对其进行了尺寸、形状联合优化。最后将新型结构与传统结构进行了对比;对两种结构分别进行了重力释放载荷下的有限元分析,根据分析结果计算出了镜面变形的RMS值。综合镜体质量和RMS值数据来看,在两种结构的面形精度近似的情况下,新型次镜结构在轻量化率方面更占优势。