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机械科学与技术 2024年第8期43卷 1454-1461页

作者：张鹏程雷征赵冠臣李青松韩召辉王延生西北工业大学航空学院西安710072 西安航天动力研究所西安710100 成都立航科技股份有限公司成都610091

为实现某新型并联导弹挂架的减重需求,以并联挂架的转接梁为典型对象,利用有限元进行了转接梁的强度分析,确定了最大应力位置和应力分布。通过等效静态载荷法和子模型技术相结合的方式,进行了转接梁子模型的多工况拓扑优化,获取了材料... 详细信息

为实现某新型并联导弹挂架的减重需求,以并联挂架的转接梁为典型对象,利用有限元进行了转接梁的强度分析,确定了最大应力位置和应力分布。通过等效静态载荷法和子模型技术相结合的方式,进行了转接梁子模型的多工况拓扑优化,获取了材料最佳分布。对几何重建模型进行了尺寸优化,在同时考虑质量、变形和应力的基础上,实现了转接梁结构的详细设计。结果表明,优化后的结构在满足强度条件下,重量减少了43.1%,最大应力下降了13.1%,可为同类产品的减重设计提供参考。

关键词：并联导弹挂架强度分析等效静载荷法子模型技术减重优化设计

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基于拓扑和几何尺寸优化的动力集中动车组牵引梁减重优化设计

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中国铁道科学 2021年第6期42卷 122-129页

作者：柳占宇于德壮李加瑞王艺飞张昭中车大连机车车辆有限公司辽宁大连116022 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024

以某型动力集中式动车组车体牵引梁为例,在拓扑优化时,以牵引梁的质量减小为约束条件,寻求柔度最小时的材料分布,重构牵引梁的结构形状;在几何尺寸优化时,以牵引梁的板厚减小和符合安全条件为约束条件,寻求牵引梁质量最小时的板厚,从而... 详细信息

以某型动力集中式动车组车体牵引梁为例,在拓扑优化时,以牵引梁的质量减小为约束条件,寻求柔度最小时的材料分布,重构牵引梁的结构形状;在几何尺寸优化时,以牵引梁的板厚减小和符合安全条件为约束条件,寻求牵引梁质量最小时的板厚,从而进行牵引梁在满足规范安全要求下最大程度地一体化减重优化设计;基于拓扑优化和几何尺寸优化,选择2种不同的牵引梁优化结构,分别选用常用材料Q345和Q460进行减重和应力对比,并将减重更多、选用材料与初始设计材料Q460相同的优化后牵引梁代入整车模型中,进行静强度和疲劳强度校核。结果表明:牵引梁前端的长度和弧形板的弧度是牵引梁优化设计的主要内容,增加前端的长度有利于结构的传力;进行一体化减重设计后的结构,较初始设计时减重最多可达50.9%,具有明显的减重效果,且减重优化后牵引梁Mises应力均满足要求;优化后的牵引梁结构满足BS EN 12663-1—2010和TB∕T 3548—2019标准规定的静强度和疲劳强度要求。

关键词：拓扑优化几何尺寸优化动力集中动车组牵引梁减重优化设计

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机床部件减重优化设计方法

机床部件减重优化设计方法

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作者：王一名大连理工大学

学位级别：硕士

机床行业是国家工业振兴的基本。机床是加工机器的机器由若干部件装配而成,研究机床部件尤其是运动部件改进设计方法是提高机床工作性能一个重要研究方向。目前机床运动部件设计方法的核心问题为减重优化。减重优化即在理论指导下合理... 详细信息

机床行业是国家工业振兴的基本。机床是加工机器的机器由若干部件装配而成,研究机床部件尤其是运动部件改进设计方法是提高机床工作性能一个重要研究方向。目前机床运动部件设计方法的核心问题为减重优化。减重优化即在理论指导下合理配置部件材料布局,保证精度的前提下减轻部件重量,从而使机床实现节能低耗并提高机床加工效率,顺应现今机床发展趋势。本论文主要工作如下： (1)阐述结构与材料统筹优化设计方法改进案例中工作台的外形与原理。简化工作台设计细节并建立分析模型。并以该分析模型对原有工作台结构进行静力分析、模态分析。研究数值仿真分析结果表明：工作台在静力作用下以Z方向的位移为主;其的一二阶模态对精度有不良影响。 (2)从结构与材料统筹设计方法出发,同时借鉴泡沫夹层板结构形式,提出以“广义泡沫夹层板”形式的统筹优化方法来实现工作台减重优化设计。从设计原则、整体设计、内部加筋设计、工艺结构设计、工艺流程设计五个方面详细阐述了运用结构与材料统筹设计方法进行工作台减重优化的过程。对改进的工作台模型进行静力分析、模态分析、阻尼分析并将分析结果与上文中原模型分析结果进行对比。分析表明：静力分析结果指出改进的工作台在静力性能上与原工作台基本一致;模态分析结构表明原模型中对加工精度产生不良影响的一阶模态的消失,其余模态的模态频率有所提升。于此同时,新设计方案使机床工作台减重15.6%。从而证明材料与结构统筹设计方法能实现减重优化,并且可运用于实际工业设计中。 (3)提出一个优化设计的新问题：假设机床安装有数控补偿装置(CNC Compensation System),机床运动部件可不必追求高刚度设计,在满足必要的结构刚度前提下适当放松刚度要求,转而要求某关键区域内位移趋于均匀,从而使数控补偿装置容易进行误差补偿。对机床运动部件的刚度要求降低材料的用量变少从而实现减重优化设计。为定量描述关键区域内位移趋于均匀化程度,本文提出一个新的优化概念,即(最小)位移离散度(Displacement Dispersion Optimization简称DDO)。对位移离散度优化的多个算例展开了讨论,本文讨论的算例有对一维悬臂梁、一维两端固支粱、二维四端固支板以及二维两端固支小宽度深梁。分析位移离散度优化算例,发现位移离散度优化结果有以下若干结论。①与结构刚度优化相比位移离散度优化有放松结构刚度提高区域位移变化平稳程度的效果;②优化设计区域一定时,位移离散度优化设计结果在不考虑结构深度(厚度)情况下,对称结构的优化结果仅与载荷等效作用点有关,与载荷作用范围无关;③优化设计区域的选定对优化结果影响非常大,合理选择优化设计区域可得到良好的优化设计结果;④当用位移离散度优化有深度的结构时,可纵深选择更大的优化设计区域使优化结果更加合理,等等。 (4)本论文将工作台模型用拓扑优化手段分别以最大刚度、位移离散度以及两者的混合目标进行优化求解,并了对比分析。分析结果表明位移离散度优化目标可以像最大刚度优化目标一样被运用于三维拓扑优化,实现结构减重。

关键词：机床部件设计方法减重优化设计结构与材料统筹设计位移离散度优化

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单自由度新型自动割胶机设计与减重优化研究

单自由度新型自动割胶机设计与减重优化研究

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作者：年乐奇哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

天然橡胶是重要的战略物资,当前我国的天然橡胶产量无法满足国内需求,因此,扩大橡胶自主生产有着很大的必要性。随着橡胶树种植规模的扩大,逐渐突显了国内普遍采用的人工割胶方式的弊端和不足,为解决橡胶产业的劳动力不足、生产成本高... 详细信息

天然橡胶是重要的战略物资,当前我国的天然橡胶产量无法满足国内需求,因此,扩大橡胶自主生产有着很大的必要性。随着橡胶树种植规模的扩大,逐渐突显了国内普遍采用的人工割胶方式的弊端和不足,为解决橡胶产业的劳动力不足、生产成本高、生产可靠性低以及减少橡胶产业的需求缺口等问题,自动割胶机的应用成为必然趋势。与现有多电机控制割胶机对比,单自由度新型自动割胶机在降低成本和提高使用可靠性方面具有优势。本文以TRIZ创新设计理论为辅助工具,得出单自由度自动割胶机的需求和设计方向,对整机进行了结构设计并进行了运动学仿真和减重优化。具体研究内容如下:(1)对橡胶机的使用环境进行了分析,确定了割胶角度、割胶深度和耗皮量等数据,对运动要求和设计参数进行总结。运用TRIZ理论对自动割胶机进行系统分析,得出自动割胶机的发展趋势和设计方向,而后确定了系统的组成,结合割胶机割胶作业的实际工作要求,合理选择了割胶机的驱动方式和传动方式,为自动割胶机整机设计与仿真提供了基础。(2)根据橡胶树的割胶特点,对自动割胶机进行了整机设计,针对割胶运动的要求对关键结构进行设计和割胶机动力结构部分进行选型和计算,通过三维建模软件Solid Works对设计结构进行干涉检验,并利用有限元方法验证割胶机刀头结构满足强度要求。利用ADAMS软件进行虚拟样机仿真分析,通过分析各构件在作业中的实际运动情况,添加相应的运动副、驱动、载荷等验证设计方案的正确性,最终得到自动割胶机机的运动学仿真数据,验证了自动割胶机设计的合理性。(3)最后,可进行减重设计的构件在自动割胶机中经过质量比较和可行性确定后,采用拓扑优化、惩罚函数法等方法进行减重设计。对于进给平台,以变密度法进行优化,结合模型合理性和可制造性,再二次重建优化后的模型,并对其进行有限元静力学分析,验证其满足强度和刚度使用要求;利用惩罚函数法对齿轮传动装置进行优化,拟选出合适的传动比。最终割胶机的质量减轻0.534kg,占割胶机质量11.56%,在大规模制造使用时下具有重要意义。从仿真分析结果看,本文设计的自动割胶机具有良好的割胶性能,降低了割胶的劳动强度,经过减重优化后可进一步降低制造成本,提高了橡胶的市场竞争力。

关键词：自动割胶机单自由度结构设计仿真分析减重优化设计

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