轻型钢结构设计轻量化的主要途径

轻型钢结构最突出的优点之一是用钢量小。统计各类结构形式及跨度,其用钢量一般在20kg/m^2～40kg/m^2不等,比普通钢结构的用钢量大为减少。从这些工程实践来看,轻型钢结构设计轻量化的主要途径有: 1 减轻荷载和使用高强钢材 轻型钢结构建筑特别是门式刚架,多采用防水、围护、装饰一体化的轻质多功能的新型屋面、墙体材料——彩涂压型钢板(平均重量约0.1kN/m^2):新型轻质保温材料——超细玻璃纤维棉毡(每m^2重量几可忽略);

汽车结构设计轻量化设计方法综述

随着科学技术的发展,汽车技术也日新月异。作为汽车结构设计的发展方向,汽车结构轻量化技术也随之迅速发展。文章从汽车结构设计轻量化的方式、材料轻量化的分类以及未来轻量化发展的方向等方面,综述了汽车结构设计轻量化的方法。

探测器机械结构静力学分析与轻量化设计

在产品设计过程中,机械结构的静力学分析与轻量化设计对产品的整体质量有着极为重要的影响。对产品的机械结构进行静力学分析可以保证产品有较好稳定性,对产品进行轻量化设计则是提高产品的综合性能,比如在不影响强度的情况下减小产品质量,从而提高产品综合品质。基于此,本文将结合3He管探测器的设计,对其主要部件进行静力学分析,并借助静力学分析结果对探测器的密闭腔体与盖板进行轻量化设计。

圆管带式输送机桁架结构轻量化设计

为了解决圆管带式输送机桁架结构设计常参照经验而使用钢量浪费的问题,提出基于实验设计(DoE)的优化设计方法。分析圆管带式输送机桁架承受的荷载组合情况,在Ansys workbench中按照桁架的最不利荷载组合施加荷载,找出危险杆件;对杆件截面设计尺寸进行参数相关性分析,选取敏感度较高的控制参数,通过拉丁超立方抽样和非参数回归方法建立响应面模型,采用多目标遗传算法(MOGA)进行多目标优化。结果表明:优化后的桁架结构整体质量减轻32.8%,实现了结构轻量化;同时,杆件应力比均有所增加但满足强度和刚度要求,杆件截面利用更加充分。

新能源汽车轻量化设计与材料创新:提高能源利用效率和续航里程的方法研究

随着环境保护意识的增强和能源危机的加剧,新能源汽车作为替代传统燃油车辆的重要选择备受关注。新能源汽车在续航里程和能源利用效率方面仍存在挑战。轻量化设计和材料创新成为提升新能源汽车性能的关键。本研究旨在探讨如何通过轻量化设计和材料创新,提高新能源汽车的能源利用效率和续航里程,为推动新能源汽车行业的可持续发展提供有效方法和理论支持。文章旨在探讨新能源汽车轻量化设计的意义、关键技术、挑战与解决方案,以及未来发展方向。

一种民航应急化学氧气发生器轻量化设计

本文针对民航飞机应急救生使用的化学氧气发生器,提出4条轻量化减重措施。对支持国产民机机载设备制造,提升民航飞机零部件国产化率起到促进作用。如付诸现实将产生单一型号产品未来20年总产值预计为9100万元,年均产值约455万元的经济效益。

基于UG的发动机轻量化设计与节能优化研究

机体轻量化是优化发动机能量利用的主要手段之一.为合理节约能源利用量,针对基于UG的发动机轻量化设计与节能优化方法展开研究.设置UG/Post Builder后置处理器,针对相关参数进行求解,完成基于UG的发动机设计模块开发.控制机体壁厚,在此基础上减少螺栓个数,并改用轻量化曲轴箱,在保证机体高压密封状态的同时,完成发动机组件的轻量化设计.仿真实验结果表明,依照轻量化方法所设计的发动机机体自重相对较小,不会因机体过重而造成能源过量消耗的问题.

基于改进鼠群优化算法的起重机主梁轻量化设计

为提高元启发式算法求解桥式起重机主梁优化问题的寻优精度与效率,文中提出一种改进的鼠群优化算法(IRSO)。该算法采用Hénon混沌随机反向学习初始化种群,提高算法的初始寻优性能;在追逐行为中,引入随机反向学习和高斯变异混合策略对鼠群进行逐维学习,增强算法的全局搜索能力;在搏斗行为中,采用翻筋斗搏斗搜索策略更新鼠群位置,增强算法的局部搜索能力;在算法中引入自适应余弦控制因子,实现算法控制参数之间的动态平衡,提高算法的整体寻优能力。仿真结果表明:与其他算法相比,IRSO算法寻优能力更优、收敛精度更高、稳定性和鲁棒性更强;同时,IRSO算法可高效地解决桥式起重机主梁轻量化设计问题,减重效果可达20.72%,具有较好的工程实际应用能力。

混合动力城市客车车架结构分析及轻量化设计

车架作为混合动力城市客车的主要承载结构,其强度和刚度会影响混合动力城市客车的稳定性、舒适性和续航性等。通过对混合动力城市客车的车架静强度进行分析,得出了混合动力城市客车车架在不同工况下的应力和应变情况,以混合动力城市客车车架轻量化为目标,对混合动力城市客车车架进行结构进行了优化和验证,既有效地减少了混合动力城市客车的排放,也改善了混合动力城市客车的综合性能。

纯电动环卫车电池托架的轻量化设计

轻量化是提升纯电动环卫车续航里程及工作时间的重要方式,其中电池托架是承载电池模组的重要结构部件。为探究更有效的构件布置方式,建立电池托架的有限元模型,并使用拓扑优化方法得到改进结构,使电池托架在各工况下的位移和应力显著下降。为进一步减轻质量,采用Hammersley试验方法对模型中各构件的壁厚进行采样;基于采样数据,使用2种策略的自适应响应面法对主要构件进行尺寸优化,在满足应力及位移的许用要求下,得到优化设计方案,质量减轻40%,实现了轻量化目标。

基于尺寸-拓扑耦合效应的火炮摇架轻量化设计

火炮摇架是火力系统主要承重部件之一,其质量占比较大,轻量化设计是其减重和提高火炮机动性的重要手段。目前轻量化设计方法未虑及尺寸参数与拓扑结构间作用规律,以致火炮摇架难以达到最佳刚度质量比。为解决上述问题,提出了一种基于尺寸-拓扑耦合效应的轻量化设计方法,通过正交设计与拓扑优化,生成不同尺寸火炮摇架的拓扑结构,采用响应面法构建表征尺寸参数、拓扑结构与刚度、质量映射的代理模型,利用智能算法开展全局优化,实现尺寸参数与拓扑结构同步轻量化设计。以某型火炮摇架为例进行分析,结果表明:相同刚度条件下,所提设计方法比原有方法得到的质量降低了10.8%,最大等效应力减小了35.8%。

一体化压铸铝合金前机舱轻量化设计与优化

当前汽车行业对低碳化和轻量化的需求日益增长,新型一体化压铸技术应用于车身,能够实现质量、生产成本和周期的下降,并减少碳排放,成为各大汽车主机厂商争相研究热点。本文将某乘用车传统钢制车身前端机舱结构替换成一体化压铸件,对铝合金一体化前机舱进行了轻量化设计。通过SIMP法对前舱进行拓扑优化得到了最优刚度载荷路径,考虑前舱可铸造性对筋的拔模方向、厚度尺寸和位置分布进行设计。根据C-NCAP 2021进行正面碰撞仿真,通过田口实验设计方法与响应面优化改善了一体化压铸车身的耐撞性,并对优化后的白车身性能进行了仿真分析。与传统方案相比,一体化方案的质量减轻13.9%,白车身弯曲刚度提升9.7%,1阶模态达到要求。本文研究对后续一体化车身结构的平台化设计与工程应用具有指导意义。

直升机减速器机匣碳纤维轻量化设计与验证

采用碳纤维复合材料替代铸铝合金材料对某直升机减速器主承力机匣进行了轻量化设计。在保留原设计硬点条件和满足结构强度/刚度条件下,实现机匣减重达21.8%。通过热模压制造了等比例的四分之一碳纤维机匣,对机匣进行了静力加载和疲劳测试。结果表明,碳纤维机匣在1.5倍设计载荷下静力测试未破坏,设计载荷下疲劳测试循环次数达到2万多,满足设计要求,从而验证了直升机减速器主承力机匣碳纤维轻量化的可行性。

星载二维转台U型架结构轻量化与优化设计

星载二维转台是空间相机等光电设备的主要承载机构,U型架是转台的关键支撑部件。为了对星载二维转台U型架进行结构优化与轻量化设计,研制高承载比和轻量化的星载二维转台,本文设计了一种用于星载二维转台的碳纤维复合材料U型架。首先,利用碳纤维复合材料代替钛合金材料,结合考虑工艺性,设计了一种变截面管状结构U型架。接着,按照基于铺层工艺的有限元建模方法对碳纤维U型架进行有限元建模与仿真分析。然后,试制U型架样机并通过模态试验验证有限元模型的准确性。最后,提出一种理论分析法、遗传算法、有限元法相结合的三级优化方法对碳纤维U型架铺层角度、铺层厚度与铺层顺序进行优化设计。结果表明:模态试验与仿真得到的U型架振型完全一致,频率相差在5%以内。初始设计的碳纤维U型架比钛合金U型架质量减少了45.7%,通过对复合材料铺层的优化设计,使U型架质量进一步减少了13.8%,固有频率提升了10.14%。本文所采用的复合材料建模与优化方法正确,设计的碳纤维U型架满足星载二维转台轻量化设计需求。

基于拓扑优化的SPMT驮梁支架轻量化设计

为解决用于跨线桥拆除的自行式模块化运输车(Self-propelled Modular Transporter, SPMT)驮梁支架结构冗余、重量偏大、制造及安装复杂等问题,依托京哈高速公路跨线桥拆除工程,在“16根标准节段钢管立柱+32道联结系杆”驮梁支架初步设计方案的基础上,以体积最小化为优化目标,利用Abaqus软件的拓扑优化模块开展驮梁支架轻量化设计研究,并对轻量化驮梁支架与初步设计的应力、位移及稳定性进行对比分析。结果表明:优化后的驮梁支架体积减少19.8%,支架联结系杆减少至12道,钢管立柱节段数量简化为2节段,节段长度提升至4 m,构件组拼联结接头数量减少约2/3,总重量较初步设计降低1.44 t;在最不利荷载工况下,驮梁支架优化前、后应力变化较小,最大位移差值在2 mm以内,且满足临界荷载系数大于4的稳定性要求。工程实践证明,轻量化驮梁支架力学性能满足要求,虽然安全系数小幅降低,但结构安全性与优化前基本一致;轻量化驮梁支架在施工现场组拼工作量及组拼时间均有所减少,经济效益显著。

基于拓扑的新能源商用车身轻量化设计

当前低碳背景下的新能源重卡竞争格局和行业政策对重卡车身提出轻量化要求。以某驾驶室平台为基础,结合“材料应用驱动轻量化,综合成本及重量”的轻量化策略,通过CAE驱动下的基础车传力路径、灵敏度分析等多工况拓扑引导,进行轻质合金、高强钢应用的多材料车身工程设计,同时对设计数模进行有限元分析,结果表明工程方案的结构性能和碰撞安全达成设计目标。

一种基于多目标优化的制动器底板轻量化设计方法研究

【目的】汽车轻量化技术是汽车节能减排的重要手段,加快汽车轻量化技术的发展具有重要现实意义。【方法】课题组以减小底板体积、保证疲劳寿命为优化目标,采用计算机辅助集成技术对制动器底板进行轻量化设计。首先,对底板进行有限元分析,确定轻量化设计的目标区域;其次,根据优化目标建立相应的CAD模型,使用局部应力应变法计算底板的疲劳寿命;最后,通过ISIGHT集成CATIA、ABAQUS和MATLAB对制动器底板进行轻量化设计。【结果】该轻量化方法可以同时对制动器底板上的多个目标尺寸进行优化,使其质量减少了9%,轻量化效果明显。【结论】该轻量化方法同样适用于其他机械零件,借助于该方法对汽车零部件进行轻量化设计有着非常重要的工程价值。

轻量化高效目标检测平台的设计

基于人工智能的目标检测算法作为安防监控、辅助驾驶等方向的核心技术,其在边缘端的应用落地已成为研究热点。一方面,目标检测网络计算量大、参数量多,往往占据器件的大量资源;另一方面,目标检测应用的落地普遍需要满足高效、实时性等要求。针对实际应用场景中以上问题的考量,提出了可增强小目标检测能力的带有旁路(Bypass)的目标检测网络模型,并面向边缘端落地对该模型进行了轻量化和高效并行化设计。其中,轻量化设计方面,运用了深度可分离卷积、BRAM复用、多精度参数等多种优化策略;高效并行化方面,在多尺度上对输入输出通道、卷积核进行了并行化设计。在PYNQ框架下,完成了轻量化高效目标检测平台的搭建,实现帧率达到44.5 FPS、IoU为0.68的检测性能,满足了边缘端落地的需求。

高速列车转向架轻量化设计评估系统构建

转向架轻量化设计是高速列车研发的关键技术之一,针对当前转向架基于轻量化需求进行定制设计后与定制方案的仿真优化评估相脱节等问题,建立了高速列车转向架轻量化设计评估系统的技术架构。以转向架的关键承载部件构架为研究对象,对转向架构架结构仿真评估、结构优化等关键技术进行论述。基于JISE4207标准对构架进行静强度分析和疲劳强度分析,确定危险工况,并基于贝叶斯优化算法对构架进行尺寸优化。优化后的构架质量减轻6.5%。经评估,优化后构架的静强度和疲劳强度满足标准要求,实现了转向架轻量化的目的。开发了高速列车转向架轻量化设计评估系统,以某型高速列车转向架构架为例验证了该系统的可行性。

基于Workbench的单轨吊驱动部轻量化设计

设计一款单轨吊驱动部轻量化装置.运用SolidWorks对闸片进行三维建模,利用Workbench软件进行数值模拟和有限元分析,通过静力学应力应变特性,对闸片采用尺寸优化、形状优化、形貌优化,使用Workbench的拓扑优化求出闸片轻量化最优解.优化结果表明:在保证闸片强度以及刚度的前提下,闸片的质量最大可降低16.04%,节约了驱动部的制造成本,提高了材料利用率,在满足使用条件的前提下,实现了节能轻量化要求.