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SIMP-安定的高速列车组合式座椅底架轻量化设计与分析

在高速列车座椅轻量化设计中,传统设计方法所普遍采用的结构优化技术仅以结构刚度或局部应力水平为目标,无法得到交变载荷作用下效率最高的结构构型.列车座椅在实际使用中受到轨道与应用场景的影响,除主结构需具备一定强度外,其关键部件也要求在交变载荷作用下不发生明显变形.在此背景下,提出了一种采用固体各向同性惩罚微结构插值(SIMP)算法对主结构进行以刚度为目标的拓扑优化,同时以安定直接法对关键部件进行以安定强度为目标的参数优化一体化的设计与分析方法.采用所提出的方法对高速列车组合式座椅底架进行了优化,取得了显著成果.优化后的座椅底架在性能满足要求的前提下,底架主结构减重17%、L型连接件承载交变载荷的结构效率提高23%.所提出的研究方法及结果对于同类结构的轻量化设计具有重要意义.

基于仿真优化的一体化连接支架的设计开发

针对商用车行业应用的钣金冲焊连接支架存在的可制造性不良问题,运用结构应力有限元和铸造工艺仿真相结合方法进行全新结构设计开发。经结构、工艺设计与选材优化,新开发的球墨铸铁一体化铸造连接支架经X射线探伤检测,整体未见缩孔、缩松类缺陷,铸造质量良好,较现钣金冲焊结构实现减重23%、降成本25%的精益目标,且具有更好的承载可靠性。整车可靠性验证表明,新开发结构符合整车可靠性,达成车辆品质要求。

双前桥液压助力转向摇臂支架轻量化设计

为实现部件轻量化目标,通过对双前桥液压助力转向系统典型工况的动力学分析,获得了转向摇臂支架的载荷谱,并据此对该支架进行了非线性强度计算及拓扑优化分析;依据拓扑优化结果,完成了9种轻量化方案的设计,且通过静强度、疲劳强度等理论计算及整车可靠性试验验证了最优方案的有效性。结果表明,在刚度、强度性能基本不变的情况下,新摇臂支架实现降重约3.5kg,降重比例达54.8%,达成了轻量化目标,且对类似部件的轻量化设计工作具有较好指导作用。

基于Ansys Workbench的火箭支架结构拓扑优化设计

为降低火箭消极质量,以发动机支架为研究对象进行轻量化设计,基于Ansys Workbench软件,采用实体变密度方法,以结构柔度最小化和固有频率最优化为目标,对支架模型进行拓扑优化。经多个方案的迭代,最终以重构模型质量减轻35%达到轻量化设计目标,为火箭部组件结构设计提供参考。

商用车锁体支架的轻量化设计及优化

汽车零部件的轻量化设计是汽车轻量化的一个主要途径,针对商用车锁体支架零件开展了包括材料和结构在内的轻量化设计。选用319S铝合金作为锁体支架材料,通过对商用车原锁体支架建立三维模型和拓扑优化,在保证锁体支架使用性能的条件下,对经拓扑优化的支架结构进一步改进,对改进后的锁体支架进行了有限元分析。结果表明,优化设计的锁体支架最大应力远小于319S铝合金的许用强度,轻量化效果达到83.97%。

托架拓扑优化设计

为了降低托架的重量和提高保障能力,实现轻量化设计的目的。采用均匀化方法,建立了以微结构胞元密度为设计变量,体积函数为约束函数,柔顺度最小为目标函数的拓扑优化理论模型,并通过有限元分析软件对托架进行了拓扑优化设计。根据优化结果对托架进行了结构改进和静力学分析,分析表明,在托架承受载荷不变,且满足托架强度和刚度的条件下,其质量减少41.4%,实现了结构轻量化设计的目的。这对于托架的轻量化设计具有工程应用价值,也对类似产品结构轻量化设计提供了参考。

镁合金在商用航空发动机支架领域的应用分析

基于航空发动机支架领域现状与需求,针对镁合金成形性、耐蚀性和阻燃性等方面研究进展进行了分析和综述,并对镁合金支架的未来发展进行了展望。

电动汽车蓄电池支架拓扑优化

为实现蓄电池支架的轻量化,采用变密度法构建拓扑优化模型,进行了蓄电池支架多目标拓扑优化。结果表明:优化后蓄电池支架质量减轻16.7%,结构性能满足设计要求,并顺利通过实车路试验证。优化过程表明,拓扑优化方法为结构轻量化设计提供了快速有效的解决方案。

基于HyperWorks应用复合材料的轻量化悬架限位支架设计

某轻型卡车后悬采用钢板拼焊件加橡胶缓冲块作为悬架限位装置,但金属件支架外形笨重且高度尺寸固定,同一高度支架无法完全适配不同的悬架系统,不利于零部件状态精简及整车轻量化要求。文章应用复合材料通过结构改进对悬架限位支架进行优化设计,基于HyperWorks软件有限元分析及试验验证等方法论证优化后支架的可靠性,在满足强度性能的同时实现降本降重及零部件种类精简。

基于拓扑优化的小型飞机襟翼支架的轻量化设计

飞机襟翼是与飞机机翼相连的运动机构,襟翼支架是襟翼的关键零件之一。针对襟翼支架轻量化问题,利用Altair Inspire软件对襟翼支架进行拓扑优化。优化后,襟翼支架质量由0.59 kg降至0.16 kg,减少0.43 kg,质量减少率为72.88%,安全系数为9.6,最大等效应力为22.01 MPa,远小于材料的屈服强度215 MPa,符合零件的使用需求。

发动机悬置支架拓扑优化设计探究

节能减排和绿色环保已成为当今汽车行业的热门主题,汽车轻量化设计能够很好地达到降低燃油消耗和实现节能的目的,进而实现节能减排和绿色环保。为了研究出一条切实可行的能够实现汽车轻量化设计的可行方法,文章通过对某款商用汽车的发动机悬置支架进行拓扑优化计算,得出了指导设计的材料密度分布图。设计人员根据材料密度分布图设计出了减重版的发动机悬置支架,不但具备很好的铸造性能,同时符合材料密度分布的要求,达到零件质量降低24.5%、强度与刚度性能分别提升44%和22%的目标。文章研究出了一种通过融合计算机有限元分析和拓扑优化设计来实现零件降重,同时又能提升强度与刚度性能的方法和途径,实现了汽车轻量化设计的可行性。

基于纯电车型的前舱组合支架总成优化设计

针对纯电车型与燃油车型前机舱布置差异,设计出一种适用于纯电车型前舱布置方案的前舱组合支架总成,建立力学模型,并进行计算机辅助工程(CAE)分析,通过对材料、结构改进对组合支架总成进行优化。结果表明,在相同布置方案的前提下,钢制组合支架总成的性能难以满足性能需求,经过材料、结构的优化,铝制组合支架总成可以更好地满足性能需求;相对于钢制组合支架总成,铝制组合支架总成可以实现减重约2.06 kg,减重率为44.2%,轻量化效果明显。不考虑模具、工装、夹具等费用,零件成本减少约3.36元/件,具有量产条件,为纯电车型组合支架总成的轻量化设计提供了一个好的典型案例。

面向增材制造的火箭直属件轻量化设计研究

由于金属增材制造技术的飞速发展,为复杂结构的制造和设计提供了条件,而拓扑优化作为一种先进的计算方法为轻量化设计提供了新的思路,能有效降低结构重量。为了降低火箭消极质量,在保证整体性能不受影响的条件下,对结构部组件进行轻量化设计很有必要。本文以火箭发动机支架为研究对象,面向增材制造,以实体变密度法为理论指导,以结构柔度最小化和固有频率最优化对模型进行多目标拓扑优化,经多个方案迭代,最终以重建模型质量降低34%达到轻量化设计目标。该优化方法对火箭部组件结构设计起到一定参考作用。

某电动汽车机舱上层安装支架优化设计

某电动汽车机舱上层安装支架开发前期采用方管拼焊形式,可以减少横梁的模具开发成本,但是焊接工艺性差,导致焊缝位置容易出现开裂的失效模式。对此,需要在横梁位置增加车架连接板,但相关零件数量多且重量也比较大,不符合汽车轻量化设计的趋势。为了获得一个性能优秀而成本低的机舱上层安装支架,提出对该机舱上层安装支架进行优化设计。首先,采用常规的钣金冲压成型工艺,对前横梁和后横梁进行对称设计,共用中间连接梁的零件,减少零件和模具开发数量;其次,取消车架安装板,将其集成到前、后横梁的左右两端,通过螺栓避让及应力过渡区设计,实现减重并且提高其抗疲劳的强度。机舱上层安装支架用于安装动力控制单元(PCU)水泵、电机控制器、电动空调压缩机、高压分线盒等部件,通常采用圆孔和长孔配合安装,这就需要对原来的方管采用成本较高的激光割孔,而且方管结构下需要布置较长的焊接螺栓,其型腔中空结构也会导致扭力衰减,这些问题都需要在量产前解决。优化后的机舱上层安装支架采用钣金冲压成型件,在满足强度要求的前提下,达到了降本减重的目的,此机舱上层安装支架的优化设计对同类产品也可起到借鉴作用。

鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥主梁施工关键技术

新建京港澳高铁安九段鳊鱼洲长江大桥南汊航道桥为主跨672 m双塔双索面钢-混混合梁交叉索斜拉桥,主跨及辅助跨主梁采用钢箱梁,标准节段长18 m,重约510 t,锚跨主梁采用预应力混凝土箱梁,重约200 t/m。根据该桥结构特点及水文地质条件,主梁采用现浇支架+多点顶推+单悬臂+双悬臂等混合方案施工。锚跨预应力混凝土箱梁采用“钻孔桩+钢管立柱+贝雷梁(大桥Ⅰ号桁梁)”支架现浇方案施工。九江侧钢梁采用单悬臂+多点顶推施工技术,边跨钢梁、合龙段与结合段同步顶推,省略了九江侧边跨合龙工序;在结合段钢梁与锚跨预应力混凝土梁之间设置锁定结构,保证了结合段施工质量。黄梅侧钢梁采用轻型墩旁托架+双悬臂+单悬臂施工技术,4号墩墩顶三节段采用轻型托架滑移施工,结合段采用浮吊整体吊装,定位后浇筑结合段混凝土,预应力张拉后进行边跨合龙;黄梅侧边跨和中跨合龙段均采用主动合龙,先边跨合龙后中跨合龙。

基于拓扑优化的某客车空气弹簧支座改进研究

针对某客车空气弹簧支座局部应力偏高问题,采用有限元分析和拓扑优化方法进行改进。应用最小二乘法对拓扑优化后多锯齿形边界进行曲线拟合,形成光滑的可加工边界。同时参考拓扑优化结果对塞焊孔进行改进设计,并将改进后的支座导入整车模型,进行CAE分析。结果表明,新结构最大应力和平均应力水平比原结构有明显改善,并使支座的质量减轻了18.6%。

镁合金汽车转向管柱支架结构分析及优化

轻量化是汽车发展的主要趋势之一,采用密度小、比强度高及减震性能好的镁合金制造汽车零部件,对减轻零件重量,提高整车性能具有重要的现实意义。为了研究以镁代铝制造汽车转向管柱支架的可行性,利用有限元分析方法,对汽车转向管柱支架结构进行了受力分析及优化。结果表明,更换材料对支架的应力大小及分布影响较小,通过在支架内侧设计加强筋可以明显改善支架的受力情况,使支架在减重的同时具有更高的安全可靠性。

汽车真空泵支架结构拓扑优化设计

针对企业现生产汽车真空泵支架需轻量化的技术要求,对支架进行有限元分析,得知支架的强度和刚度远满足其使用要求,材料利用率过低。在满足支架模态要求的情况下,结合轻量化设计原则,以整体柔度最小为目标,支架脱模方向和体积分数上线为约束,运用Hyper Works中的Opti Struct模块对支架进行结构拓扑优化设计。依据分析结果,结合支架的加工工艺提出结构改进方案,使其质量减少了16.3%,并对其进行验证对比,设计出了合理的支架结构,提高了材料利用率。

基于Ansys的纸浆模塑成型设备吸浆模支架轻量化设计

目的利用有限元分析软件Ansys对纸浆模塑成型设备吸浆模支架进行轻量化设计。方法首先运用APDL建立了支架参数化有限元模型,对其进行了静力分析,结果表明,支架强度存在较大富裕,具有轻量化的优化空间;选取支架许用应力作为状态变量,支架总质量作为优化目标函数,基于Ansys Design Opt模块,采用一阶优化方法对支架进行了轻量化设计。结果优化后,支架总质量降低了33%,节约了生产成本。结论提出了纸浆模塑吸浆模支架结构轻量化的优化设计方案。