轴肩过渡曲线形状优化研究

将有限元分析与优化技术相结合，设计了轴肩过渡曲线形状优化软件，提出能在较大程度上降低轴肩过渡曲线应力集中的优化线型．

考虑安装误差的拓扑修形斜齿轮承载接触分析

为提高齿轮副承载能力和降低对安装误差的敏感性,提出一种拓扑修形的齿面结构。根据齿廓分段修形和齿向分段修形原理推导出拓扑修形齿面方程,构建含安装误差的修形齿轮副的接触分析(TCA)模型。并对轮齿接触分析和有限元分析,仿真出传动误差和齿面接触应力与剪切力在不同安装误差情况下的分布特征。根据应力分布曲线分析,齿轮副啮入与啮出点的应力幅值相比均值有所下降,为减振降噪创造了良好条件。滚检实验与仿真结果表明,基于成形法磨削的拓扑修形对改善齿面接触印痕,避免边缘接触和降低对安装误差的敏感性具有一定的应用价值。

基于整体-局部技术的结构形状优化策略

针对大尺度结构局部形状优化设计中的求解效率与精度之间的矛盾,提出了一种基于整体-局部技术的结构形状优化方法。首先,分析并讨论了是否考虑对切割边界的边界条件进行修正的两种优化方案的优缺点。然后,提出了一种将整体-局部技术与无梯度优化法相结合的双循环优化程序。最后,通过一系列实例对双循环优化程序的实用性、效率和结果精度进行了验证分析。结果表明,提出的基于整体-局部技术的结构形状优化策略对解决大尺度结构局部形状优化问题,无论是在计算效率还是在结果精度方面,都具有很好的效果。

基于Optistruct的摩托车坐垫底板的结构优化

应用有限元分析理论和Optistruct软件对某摩托车典型零部件-坐垫底板进行了刚度、频率等分析,得到了坐垫底板地变形分布图,应力分布图以及模型的低阶振频。利用拓扑优化和形貌优化相结合的优化方法,分别就柔度、频率为目标进行结构优化;针对单目标优化中出现的不足,提出了多目标优化方案,得到了优化模型,并与原方案和单目标优化方案进行对比分析。结果表明:多目标优化方案不但减少产品质量10%,柔度减少60%,且频率大大优于原方案和单目标方案。

基于参数化无梯度方法的形状优化

采用参数化无梯度方法,针对机械结构在外力作用下,局部出现应力集中现象,进行了形状优化。被优化的边界采用样条曲线代替,通过调整样条曲线控制点的坐标改变边界的形状,进而调整边界上的应力分布。边界上的平均应力被选作参考应力,每一个迭代步中,边界上应力比参考应力大的控制点,其位置往外移动以增加材料;同时,比参考应力小的控制点,其位置减少材料。优化实例定义了两个可行域和三个初始形状,以比较可行域以及初始形状对优化结果的影响。同时还研究了控制数的大小对优化过程和结果的影响。

某机翼复杂接头的经济性和耐久性设计研究

飞机机翼上的主要接头传递着机翼上的绝大部分载荷,且其应力分布较为复杂。本文采用子模型法建立了某型机机翼复杂接头部位的有限元精细模型,计算出该接头部位的细致应力分布,并以此为基础对接头处肋缘条截面构型进行优化,得到的结果为呈阶梯状的肋缘条截面构型。该构型不仅满足提高接头耐久性的设计目的,也由于重量的减轻改善了接头的经济性。

海上风电平台大尺寸肘板结构形状优化方法

以某风电平台大尺寸肘板为例,通过在极坐标系下选取适当的优化参数,对肘板的外形轮廓进行参数化建模,解决以往优化方法难以对结构不规则外形进行参数化建模的问题,使用共轭梯度法形成共轭方向序列进行优化迭代求解,对肘板进行结构优化,结果表明,优化得到的新型肘板结构形式可以有效降低热点应力,提高结构疲劳寿命。

含孔有限弹性板缓和应力集中的总极值优化法

讨论了“积分型总极值”优化方法在二维多连域弹性体形状优化中的一个应用.具体计算了含椭圆孔的弹性有限板两边受拉伸时,为减少应力集中加入两个辅助孔的形状优化问题.通过优化设计辅助孔的位置和孔径以及中心孔的形状使应力集中明显降低.实例表明“积分型总极值”最优化方法具有约束处理方便、优化效果好和收敛速度较快的特点,适合于求解这一类形状优化问题.

含孔有限大弹性板孔的位置形状综合优化

为减少含孔有限大弹性平板局部应力集中,在引入了辅助孔并将其位置、尺寸作为优化变量的同时,优化设计中心孔、辅助孔的形状.文中建立了优化数学模型,用边界元分析结构并以积分型总极值最优化方法求解.优化结果表明,对孔的位置、尺寸形状一并综合优化比单项优化效果更好.

含孔对称复合层板纤维铺设角度最优设计

复合材料的可设计性使工程设计可延伸到材料设计阶段。这里讨论了“积分型总极值”最优化方法在带孔的对称复合材料层合板纤维铺设角度优化中的一个应用。这里分别对含椭圆孔、方形孔的单向铺层板、均匀斜交铺层板以及一般对称铺层板的各层纤维铺设角进行了最优化设计,使孔边的应力集中有明显的降低。实例表明“积分型总极值”最优化方法具有优化效果好和收敛速度较快的特点。

整体局部方法在结构形状优化中的应用

探讨了将整体局部方法应用在以有限元方法为基础的结构形状优化中的可行性。以无限大平面中心孔的应力集中问题为例,给出了应用该方法进行形状优化时出现的两类基本问题(定切割边界问题和不定切割边界问题)的解决方案。经分析发现,定切割边界优化方法有更高的通用性,但不定切割边界优化结果更接近真实解。由此可见设计边界形状的变化对切割边界位移插值的正确性影响较大。