正置正交加筋薄壁柱壳优化设计参数化有限元方法研究

利用有限元软件建立轴压正置正交加筋薄壁圆柱壳的参数化有限元分析模型,研究结构参数对薄壁加筋圆柱壳结构的临界载荷和屈曲模式的影响。随着蒙皮厚度的增加,结构的屈曲模式由局部屈曲逐步变化到总体屈曲,屈曲载荷上升;随着加筋厚度或宽度的增加,由总体屈曲变化到局部屈曲,屈曲载荷上升。通过等体积时的参数变化对屈曲载荷和屈曲模式的影响研究,表明在对应某体积的设计中,只有一种设计使结构屈曲载荷达到最大,而当此最大的屈曲载荷等于设计载荷时,是最轻重量的设计。在此基础上发展一种基于APDL(Ansys parametric design language)语言的薄壁加筋圆柱壳结构优化设计方法,利用该方法给出设计算例的优化结果。

参数化建模在履带式起重机主臂架上的应用及有限元计算

运用ANSYS提供的二次开发工具APDL语言,结合有限元的装配方法,建立了80t履带起重机臂架多种组合方式的有限元模型,提取其中2种组合方式进行有限元分析,得出了在这2种危险工况下,臂架完全满足强度和刚度要求。

基于有限元法的DF50/160架桥机主梁优化

建立了DF50/160架桥机主梁参数化有限元优化模型,通过合理的优化方案和优化步骤,对主梁进行了弦杆型钢的优化选型与多工况下主梁构件区域加强优化,有效减轻主梁钢结构重量16%。同时为移动荷载作用下桁架式吊车梁等类似结构的优化设计提供了切实有效的思路和方法。

基于代理模型的地铁隧道结构变形预测数字孪生方法

目的:以地铁隧道邻近基坑开挖为典型场景,提出一种基于代理模型的地铁隧道结构变形预测数字孪生方法。方法:构建了邻近基坑开挖引发地铁隧道变形的参数化有限元模型,筛选13个关键参数作为模型输入,以隧道上5个不同位置的横向位移与竖向位移作为模型输出;通过均匀设计生成有限元算例样本,基于BP(反向传播)神经网络建立代理模型,以工程实测数据进行模型验证。结果及结论:隧道横向位移和竖向位移在训练集和验证集上的预测精度大于91.38%,在测试集上的预测精度大于80.00%,计算时间为毫秒级;以上海浦东地区某地块基坑工程案例进行验证,代理模型预测值与工程实测值的误差小于1.5 mm,表明代理模型能够准确预测邻近基坑开挖引发的地铁隧道变形;该方法准确率和实时性初步达到了隧道运维数字孪生应用的性能要求。

考虑弯扭变形的风力机叶片结构优化

根据叶片几何形状建立叶片载荷等效模型,利用该载荷等效模型将叶素动量理论计算所得载荷等效成分布载荷的形式,同时建立叶片参数化有限元模型,将等效得到的分布载荷施加到叶片参数化有限元模型表面,并分析叶片腹板方位和铺层铺设角度对叶片变形的影响。然后结合粒子群算法与参数化有限元模型建立数学优化模型,以扭转变形为约束条件之一以限制叶片扭转发散。对某850 kW纤维增强型复合材料风力机叶片进行优化设计,优化其铺层厚度、腹板方位和铺层铺设角度。优化结果表明,在保持叶片叶尖挥舞变形和叶尖扭转变形不变的前提下,叶片质量减轻6.304%。

基于ANSYS的复合材料优化设计技术研究

在分析某飞机平尾复合材料结构打样设计阶段的实用优化设计技术特点的基础上,应用ANSYS软件环境,深入挖掘开发了所提供的APDL命令集语言工具,实现了大型参数化结构有限元建模以及诸多复杂状态变量的近似计算,并应用于该结构的优化设计过程。这些技术的开发应用,增强了数值分析模型的通用性,提高了结构优化设计技术的实用性。优化设计结果表明,较初始经验设计重量减轻40%,主梁位置更加合理,并满足该平尾结构的气动弹性刚度性能。

数字化独立单元驱动精梳机机架系统结构的优化设计

基于数字化独立单元驱动精梳机机架的低阶固有频率及结构质量对其设计参数灵敏度分析的结果,选取其中较高灵敏度设计参数为优化设计变量,以机架结构质量最轻为目标,同时考虑满足前几阶低阶固有频率避开周期激励基频与倍频的性能要求,建立机架的ANSYS APDL参数化有限元模型,对机架系统结构进行优化设计,得以在轻量化下使机架系统具有较高的动态承载能力.该优化设计方法可有效减少机架系统有限元模型优化设计的规模,提高优化分析计算的效率,进而对推进较大型复杂结构有限元模型的动态性能优化设计具有借鉴作用.

精梳机机架结构在主运动激励作用下的动态特性优化设计

在建立某型精梳机机架结构系统的ANSYS APDL参数化有限元模型基础上,对机架机构所承受的主运动交变激励载荷进行幅频特性分析,获得了对机架结构动态承载性能起主导作用的主运动激励的基频和倍频。依据主运动激励起主导作用的基倍频提取优化所需要关注的精梳机机架结构的模态固有频率。最后,基于所提取的机架结构的模态固有频率与结构质量对其设计参数灵敏度分析结果,选取机架结构设计参数为优化设计变量,有效减少机架结构优化设计规模,提高优化的效率。此外,优化模型同时考虑载荷特性和结构动态特性的研究,对结构动态性能分析与优化设计具有借鉴作用。

拉臂装置结构优化设计

利用ANSYS参数化设计语言,建立了某滑移式拉臂装置的参数化有限元模型,并对原始设计进行了结构静力分析,以确定各参数的敏感性,合理选择优化变量.将拉臂装置部分焊接件的板厚选为设计变量,在满足材料强度、刚度要求前提下,以拉臂装置的最小总质量作为目标函数,采用零阶优化方法对其进行了结构优化分析;通过优化设计使整机减质量18.6%,达到了设计目标.

考虑频率约束的空气弹簧构型优化设计

用于地面振动试验(ground vibration test,GVT)的空气弹簧对承载能力、腔内工作压力、低频特性的要求非常高。针对该类空气弹簧低频特性,推导出其垂向频率近似表达式。通过对该表达式定性分析,发现空气弹簧垂向频率仅与其几何构型参数相关。利用Abaqus二次开发功能编写空气弹簧储气罐主腔体结构的参数化有限元模型,然后以其几何构型参数为设计变量,以空气弹簧低频特性、空气弹簧储气罐主腔体结构强度和刚度为约束,储气罐主腔体质量最小化为设计目标进行构型优化设计。结果表明优化后的结构的质量较初始设计有大幅降低。该优化设计方法能使得不同承载能力的GVT空气弹簧设计系列化。

眼球与视神经结构参数对眼动导致的筛板变形的影响

目的探究眼动过程中视乳头各组织几何参数对筛板变形的影响大小及其各因素间的交互作用大小。方法建立参数化的全眼有限元模型,此模型可根据设定的几何参数,自动生成求解器所需的有限元模型输入文件并自动进行求解和后处理;基于参数化有限元模型,调整了九个主要几何参数进行参数研究,运用Design of Experiment试验设计。

复合材料正交加筋层合圆柱壳结构阶梯式挖补修理的参数化研究

利用三维参数化有限元分析模型,对复合材料正交加筋层合圆柱壳结构的阶梯式挖补修理进行了参数分析。主要考虑了载荷情况、阶梯数、铺层顺序以及补片铺层错误等修理参数对阶梯式挖补修理结构胶层剥离应力和剪切应力分布情况的影响规律,并利用绝对值的平均值和均方差来描述胶层剪切应力剥离应力的分布情况,以确定最优的阶梯式挖补修理参数。基于该文建立的三维有限元模型可以深入地了解复合材料正交加筋层合圆柱壳结构阶梯式挖补修理区域胶层应力分布的详细情况,而且参数化分析结论也可为复合材料正交加筋层合板圆柱壳结构的阶梯式挖补修理方案的设计和分析提供参考。

风车状态下翼下吊架强度与振动分析方法研究

翼下吊架是大型飞机发动机与机翼的连接部件,用于传递发动机的载荷,隔离发动机的振动。风车状态(windmilling)是涡扇发动机的非正常工作状态,在飞行过程中由于各种原因导致发动机停车,而在气体动力、转子惯性、阻力矩等共同作用下使得发动机继续转动。在风车状态下,发动机会产生风车载荷,通过吊架传递到机身。通过建立吊架的有限元参数化模型,验证正常工况下吊架模型的强度特性。根据时间历程,并参考CCAR-25相关规定,可将风车状态分为瞬态阶段和稳态阶段。在发动机各种载荷工况条件下,建立了一种关于吊架强度与振动特性的分析方法,并利用Workbench软件进行了算例模拟,对比验证了该方法的可行性。

多芯片焊球阵列封装体受热载荷作用数值模拟

针对典型高密度多芯片BGA(焊球阵列)封装体建立三维有限元分析模型,研究不同尺寸封装体在稳态热载荷作用下的结构变形和应力情况,在此基础上引入包含等效梁和危险焊球真实几何形状和间距等在内的简化模型以进行序列分析,研究各设计参数对力学参量的影响。数值结果反映了封装体应力分布及其变化特点,表明影响封装体变形和应力的主要参数;提出的建模方法简便有效,可以方便地用来分析不同类型的BGA封装,并扩展应用至不同的分析目的,为此种结构的设计和优化提供一定参考。

翼下吊架结构设计与强度分析方法研究

翼下吊架是大型飞机发动机与机翼的连接部件,用于传递发动机的载荷,隔离发动机的振动。现选定超静定的结构形式,参考已有的吊架结构,设计并建立后传扭的吊架结构有限元参数化模型。为保证吊架结构的安全性,参考CCAR-25相关规定,在极限静载荷和动态冲击载荷条件下,分析了吊架的强度特性,并建立了一种针对吊架结构的强度分析方法,最后对方法可行性进行了验证。

80t履带起重机主臂架有限元分析

运用ansys提供的二次开发工具APDL语言,结合有限元的装配方法,建立了80t履带起重机臂架的多种组合方式的有限元模型,提取了其中两种组合方式进行有限元分析,结果表明在这两种危险工况下,臂架完全满足强度和刚度要求。

三塔斜拉桥索塔锚固区节段足尺模型试验

为研究三塔斜拉桥索塔锚固区的局部受力特性,以2×616 m的三塔组合梁斜拉桥为研究对象,运用ANSYS的APDL语言建立了索塔锚固区的梁-实-接触参数化有限元模型。对不同高度模型的数值结果进行了对比分析,确定出合理的试验模型高度。在此基础上,选取索塔锚固区有代表性的节段进行了足尺模型试验,并对试验的测试内容、测试步骤和试验方法进行了详细阐述。研究结果表明:短边、长边预应力钢筋的预应力损失分别占张拉力的15.3%、10.4%;实测值与计算值基本吻合,锚固区有足够的压应力储备;在正常使用状态下,与现有双塔斜拉桥索塔锚固区模型相比,试验模型其顺桥向测点变形最小少1.6倍、最大少4.03倍。

漏磁传感器励磁结构影响因素分析及优化设计

漏磁检测中励磁结构的磁化能力是影响漏磁传感器缺陷检测能力的一个重要因素。根据交流漏磁检测原理,建立二维漏磁检测参数化有限元仿真模型,研究磁心的形状和尺寸、励磁线圈的位置和绕组长度、磁屏蔽层厚度等励磁结构参数对漏磁检测信号的影响。同时,将参数化有限元分析与遗传优化算法相结合,发展一种励磁结构尺寸参数的有限元模拟遗传优化设计方法,实现了漏磁传感器中磁极间距与磁极宽度等关键尺寸的优化。仿真及检测试验结果表明,传感器的励磁结构参数对漏磁检测结果具有很大影响,优化后的励磁结构可有效提高漏磁传感器的缺陷检测性能。提出的基于参数化有限元的遗传优化方法为漏磁检测中其余影响参数的优化提供了可行的参考方法。

复杂构件MDO六面体网格重构方法

从参数化模型和模型拓扑特征出发,提出了一套六面体网格重构的有限元模型建模方法.同时,使用随动点来约束网格的拓扑边界,保证网格的正交性,确保了网格重构后的网格质量;结合现有的商用软件ICEM的网格生成算法,开发了基于特征的参数化有限元(FE)建模程序.最终,针对航空发动机低压涡轮带冠叶片的叶冠参数进行的多学科优化(MDO),实例验证了网格重构方法的有效性和可行性.