基于正交试验的硅基MEMS齿形后坐保险机构参数敏感性

为了对硅基MEMS后坐保险机构进行优化设计和性能研究,基于正交试验与有限元仿真软件相结合的方法,选择齿高、齿宽、弹簧线宽、闭锁梁宽、锁钩间距、初始距离这6个设计参数,对后坐保险机构在正常发射和勤务跌落载荷下的位移和应力的影响进行参数敏感性分析。通过极差分析与方差分析,定量地给出了后坐保险机构各参数对结构在不同冲击载荷下的影响。结果表明,齿高的影响最显著,是影响后坐保险机构位移与应力响应的最主要因素;初始距离、弹簧线宽、齿宽是影响勤务跌落最大位移的次要因素;其他因素均对正常发射与勤务跌落载荷下位移和应力不显示显著性。在相对少的试验次数中定量得出不同设计参数对硅基后坐保险机构的影响大小,对多参数双目标的硅基后坐保险机构优化提供了一定的参考。

六面顶压机关键零部件的结构优化设计研究

以有限元法作为结构分析手段,建立了金刚石六面顶压机一种关键零部件的有限元力学模型和结构优化设计模型,在考虑疲劳强度的条件下,完成了该零部件的结构优化设计,为金刚石六面顶压机关键零部件的设计提供了一套较为完整的设计方法和设计系统。同时,采用IGES数据交换标准,实现了实体建模软件Pro/E和有限元分析软件ANSYS之间的有效数据交换,形成了一个较为有效、完整的CAD/CAE集成设计系统,为CAD/CAE/CAM系统集成的研究提供了一个有益的尝试。利用AN-SYS的APDL参数化语言,编制了该零部件的结构优化设计程序ODPST,得到了精确可靠的设计参数。

某轿车白车身结构灵敏度分析及优化设计

以某轿车白车身为研究对象,建立有限元模型,对车身进行动、静态灵敏度分析,以车身结构件的板厚为设计变量,进行车身固有频率、车身扭转和弯曲刚度,以及车身质量对板厚的灵敏度分析,找出对车身动、静态特性影响较大的部件,并根据部件的动、静态灵敏度对车身结构进行优化设计;计算车身质量对其固有频率、扭转和弯曲刚度的贡献率,据此确定最优方案.该方法能够为车身结构动态特性的改进、车身的轻量化和车身结构的优化设计提供重要依据.

风力机叶片结构参数敏感性分析及优化设计

以某1.5 MW风力机叶片为实例,建立叶片有限元模型,并对叶片关键结构参数进行敏感性分析。结果表明,铺层角度对叶片结构特性影响最大,主梁帽宽度及铺层厚度的影响次之,主梁帽铺层位置以及腹板布置位置的影响最小。在敏感性分析的基础上,建立以叶片质量最轻为目标函数,以主梁帽宽度、铺层数、铺层位置以及腹板布置位置为设计变量,以叶片的强度、刚度与振动性能为约束条件的优化设计数学模型,采用遗传算法与有限元法相结合的方法对叶片结构进行优化设计研究。与原设计方案相比,优化设计方案的叶片质量减轻9.8%,结构应变分布更为合理,且不会发生共振,表明优化方法合理有效。

基于疲劳强度的铰链梁结构优化设计研究

以有限元法作为结构分析手段,建立金刚石六面顶压机的关键零部件———铰链梁的有限元力学模型和结构优化设计模型,在考虑疲劳强度的条件下,完成铰链梁的结构优化设计,为金刚石六面顶压机关键零部件的设计提供一套较为完整的设计方法和设计系统。同时,针对铰链梁的具体情况和特点,采用IGES数据交换标准,实现实体建模软件Pro E和有限元分析软件ANSYS之间的有效数据交换,形成一个较为有效、完整的铰链梁CAD(computeraideddesign)CAE(computeraidedengineering)集成设计系统,为CAD(computeraideddesign)CAE(computeraidedengineering)CAM(computeraid edmanufacture)系统集成研究提供有益的尝试。利用ANSYS的APDL参数化语言,编制铰链梁的结构优化设计程序ODPST,采用零阶优化方法进行铰链梁的结构优化设计,得到精确可靠的设计参数,有效提高铰链梁的抗疲劳性能和强度。

金刚石六面顶压机铰链梁的结构优化设计

本文以有限元法作为结构分析手段,采用敏度分析技术,在考虑疲劳强度的条件下,完成了铰链梁的结构优化设计,为金刚石六面顶压机关键零部件的设计提供了一套较为完整的设计方法和设计系统。利用ANSYS的APDL参数化语言,编制了铰链梁的结构优化设计程序ODPST,采用零阶优化方法进行了铰链梁的结构优化设计,得到了精确可靠的设计参数,有效地提高了铰链梁的抗疲劳性能和强度。

结构灵敏度分析的解析方法

对基于有限单元法结构设计灵敏度分析的有限差分法、半解析法和解析法进行了评述；针对不同性质的设计变量，推导了杆件单元和块体等参单元设计灵敏度分析的解析公式，给出了解析求解劲度矩阵、荷载矩阵及单元内（应）力矩阵对设计变量导数的算法．算例表明，本文方法计算精度高，方法简单，计算工作量少．

非确定性结构静动态特性稳健优化设计

研究了考虑参数随机性的结构静动态特性稳健忖优化设计问题的数学模型和数值求解．在考虑结构设计变量和其他参数随机分布的前二阶矩的条件下,采用基于二阶摄动法的随机有限元方法对结构响应的平均值和方差进行近似求解．在摄动法有限元分析的框架下,提出以一般函数形式表达的结构性能的平均值和标准差及其灵敏度的计算格式．将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题,优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差,约束函数的变异也给予考虑．优化问题采用基于函数梯度的算法进行求解．文中给出的数值算例显示了方法的有效性．

基于随机有限元的非线性结构稳健性优化设计

结合结构优化技术和摄动随机有限元方法研究了非线性结构稳健设计问题。将结构稳健性优化设计问题构造为双目标优化问题,优化目标包含结构性能函数的期望值和标准差,约束函数的变异也给予考虑,并采用基于函数梯度的算法进行求解。为对具有路径相关特征的非线性结构性能及结构响应的平均值及标准差进行分析,本文采用缩减的随机变量,提出了基于增量法的摄动随机有限元计算格式。在此框架下,进一步提出以一般泛函形式表达的结构性能的平均值和方差及其灵敏度的计算格式。为显示方法的有效性,文中给出几个数值算例。

某型无人机起落架结构拓扑优化

为了探索拓扑优化设计在起落架结构上的应用,基于变密度法,建立了某型无人机起落架外筒支柱的拓扑优化模型,利用业内著名的结构优化平台OptiStruct,获得了满足多种典型工况下和多种约束条件下的最佳拓扑结构。对优化前后的模型进行静强度有限元仿真对比后,结果表明优化后的结构不仅减重20%,还大大降低了应力水平,满足强度和刚度设计要求。采用的拓扑优化设计方法对改进起落架结构设计,实现结构轻量化,提高飞机的性能和经济性具有重要意义。

高刚度轻质量的机床床身优化设计方法研究

针对某型外圆磨床的床身结构,根据有限元分析的结构分析结果改进其结构缺陷,采取降低导轨过渡壁高度、设计独立液压箱、改变支承位置等措施,在提高床身刚度的同时减轻了床身质量。对于改进后的床身结构,以多工况下加权应变能之和最小为目标进行拓扑优化设计,得到床身内部加强筋板的最佳分布形式,再以试验设计(DOE)作为灵敏度分析的方法筛选出对床身质量和应变能影响关键的尺寸变量,构建以床身质量最小为目标的尺寸优化数学模型,以序列二次规划算法(SQP)完成最终的尺寸优化。优化结果显示,优化后新床身的刚度较原床身提高了2.49倍,质量减少22.14%,实现了高刚度、轻质量的床身优化设计。

基于灵敏度分析的GCHE连杆结构优化设计

针对传统发动机存在效率低和污染严重等问题,本文基于灵敏度分析,对GCHE连杆模型进行结构优化设计,以获得满足各项设计要求前提下的最小体积,并对所选取的设计变量进行灵敏度分析,以检验所选设计变量的合理性。首先基于Isight软件中的实验设计模块,按正交数组的实验设计方法对设计变量进行灵敏度分析,剔除对输出响应贡献率小于5%的设计变量;其次再基于Isight软件中的优化算法模块,采用梯度优化算法中的序列二次规划法对连杆进行结构优化,以获得最小体积。优化结果表明,按筛选后的设计变量进行优化设计,优化结果体积减小20.73%,优化效果明显,经分析验证满足设计要求,优化结果合理。基于灵敏度分析的GCHE连杆结构优化设计能得到设计变量对输出响应的贡献率,便于剔除贡献率较低的设计变量,简化优化过程,得到最佳优化结果。该研究具有重要的研究意义和应用前景。

承载式车身覆盖件板厚优化及灵敏度分析

探讨了基于有限元模型的承载车身覆盖件板厚优化和灵敏度分析的方法。在大型设计和分析软件UG和ANSYS上建立了车身的有限元模型,分析了覆盖件板厚对车身承载的不同影响效果。

非确定结构系统区间分析的直接优化法

工程中的非确定性问题可以用区间分析、随机理论或模糊集理论进行求解。本文采用区间分析法来处理结构静力分析和设计中的不确定性问题。将结构系统中的不确定性参数用区间数来表示，用有限元法建立系统的控制方程。该控制方程是线性区间方程组。本文讨论了一些求解区间线性方程组的方法并提出了一种直接优化法。将方程组中的所有区间数都作为设计变量，区间量的变化区间作为相应的设计变量的边界约束，运用约束优化法求出方程组解的各元素的最大值和最小值。文中给出了两个算例。

多目标优化在大型加工中心轻量化设计中的应用

为保证某大型加工中心的加工精度和切削效率,以其关键部件立柱为例,提出以质量及一阶固有频率为多目标优化的机床轻量化设计方法。首先根据有限元法利用有限元分析软件ABAQUS对立柱进行动静态特性分析,根据立柱结构分析提取影响1阶固有频率与质量的关键因素。通过均匀试验设计,利用MATLAB建立目标与关键因素的多元线性回归方程并进行灵敏度分析,找出敏感性因素。运用响应面法建立敏感因素与目标的2阶响应面数学模型,进而建立以减轻质量与提高固有频率为目标的立柱优化模型,最后应用MATLAB对数学模型进行优化求解。立柱经过优化后,提高立柱固有频率的同时质量减轻13.6%。

结构优化设计的解析灵敏度算法

以二维单元为例，推导给出线性静力结构优化设计中解析灵敏度算法的计算公式，以有限元分析程序ＡＤＩＮＡ为基础实现了解析灵敏度算法的计算功能，并通过算例验证了其精度。

基于动力位移响应的结构优化设计

通过研究以动力激励下结构响应的位移为目标或约束的结构动力学优化设计,利用解析的方法推导出动力位移响应灵敏度计算公式,并成功地移植到有限元程序中。程序在计算包括杆、梁、板、二维、三维单元在内的所有算例时,动力位移响应的灵敏度精度均可达到97%,并且迭代次数少,求解效率高。

基于遗传算法的无绷绳修井机钢丝绳与井架夹角优化设计

定绳与井架的夹角、快绳与井架的夹角,对无绷绳修井机井架的应力和变形影响很大,为了降低井架的应力和变形,用遗传算法优化了无绷绳修井机定绳与井架的夹角、快绳与井架的夹角。基于ANSYS分析了优化前后两种方案无绷绳修井机井架的应力和变形,分析结果表明,优化后的方案井架的应力和井架上天车位移减小了,优化设计方案明显改善了无绷绳修井机的结构参数。

基于SQP算法的感应式磁力仪传感器结构优化设计

感应式磁力仪传感器安装于卫星舱外伸杆末端,为了避免在卫星发射过程中由于承受着严峻的力学载荷冲击而导致损坏,传感器结构需具备优异的力学性能。针对感应式磁力仪传感器的结构设计,基于SQP算法,结合有限元仿真分析和动力学灵敏度分析,以传感器刚度、强度、一阶模态频率等作为性能约束条件,以传感器质量作为目标函数,建立优化问题数学模型,不断优化传感器结构设计参数直至满足指标要求,这对实际工程应用中类似结构的优化设计问题具有一定的参考意义。

基于CAE技术的铰链梁结构优化及灵敏度分析研究

利用ANSYS的APDL参数化语言,编制了铰链梁的结构优化设计程序ODPST,创建了铰链梁的优化分析文件和优化控制文件,同时采用设计优化模块提供的优化方法中的梯度评估工具———Gradient Evaluation Tool进行结构的灵敏度计算,分析了铰链梁各个设计变量对结构性能及目标函数的不同影响程度,指导了铰链梁结构的设计优化,最终实现了铰链梁的结构优化设计,提高了结构性能。