摘要：针对加工中心工作过程中变载荷铣削力对床身结构性能的影响问题,对加工中心床身的材料密度分布以及构成床身的基本结构单元尺寸进行了研究。提出了以床身低阶固有频率和最小柔度为目标,体积分数为约束条件的多目标拓扑优化设计方法;采用折中规划法结合平均频率法,构建了变载荷铣削力影响下的多目标拓扑优化数学模型;依据变密度法拓扑优化指导的材料去除方案,获得了加工中心床身的最佳结构布局;同时结合经过优化的拉丁超立方采样,构造了单元标准二阶响应面,使用多目标遗传算法对床身进行了多目标尺寸优化。研究结果表明:优化后床身固有频率增加16.9%,床身质量减少17.4%,最大变形量降低14.4%,最大应力降低18.8%;该优化方案使加工中心床身的结构布局更加合理,实现了轻量化设计。

摘要：空间望远镜的分辨力与反射镜口径成正比,但反射镜口径的增大导致其质量以三次方的比例增重,以致镜面变形恶劣和发射成本增加。针对此问题,文中基于多层次优化和多目标优化理论对反射镜进行轻量化设计。首先建立反射镜的几何模型并分析载荷工况,针对反射镜多工况下的参数要求,以反射镜轴向重力工况下的刚度最大和低阶固有频率最大为目标,用折衷规划法和平均频率法建立多目标优化的目标函数进行多目标拓扑优化;根据优化结果进行反射镜的加强筋布置;最后以加强筋的宽度为变量,进行多目标尺寸优化实现加强筋的尺寸寻优。计算分析结果表明:优化后反射镜结构在满足原有性能要求的基础上质量减少了7.2%,实现了轻量化设计。

摘要：为了加强发动机罩壳的静态刚度特性和抑制振动能力,实现罩壳结构的轻量化,引入基于水平集法的拓扑优化技术和多目标理论,完成发动机罩加强筋布局的多目标优化设计。采用折衷规划法构建关于静刚度和一阶固有频率的多目标优化模型,运用水平集法求出罩壳加强筋的最佳分布形式。结果表明,该方法能大大地提高静动态结构性能,最大应力的下降说明罩壳应力集中现象得到有效的改善,缓解罩壳的疲劳现象。此外,基于层次分析法确定权重因子,避免了多目标优化模型构建中的主观能动性。采用平均频率法对动态目标函数的处理,有效地消除了动态优化过程中的收敛性。

摘要：立柱是立式加工中心的重要支承件,其性能对机床的加工质量、可靠性以及稳定性等指标具有显著的影响。以Solid Works软件建立某立式加工中心立柱的实体模型,应用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静力学分析、模态分析与谐响应分析。分析结果与模态分析结果相吻合,1、2阶固有频率较低,容易出现共振,有必要对其结构进行优化。运用折衷规划法和平均频率法建立立柱动静态特性的联合拓扑优化数学模型,利用ANSYS软件对其结构进行多目标拓扑优化设计,从而为提高加工中心动静态性能和减重提供技术途径。

摘要：为实现某电动汽车动力电池箱的轻量化设计,首先建立电池箱的三维模型,并对电池箱在颠簸路面、颠簸路面急刹车和颠簸路面急拐弯三种工况下进行静态分析和动力学模态分析。根据分析结果,对电池箱进行分区域优化设计。对电池箱底部为避免单目标拓扑优化的局限性,基于折衷规划法,以静态多工况下刚度和动态特征值为目标进行静动态多目标拓扑优化;对电池箱侧围以提高一阶模态频率为目标进行形貌优化。最后依据优化结果提出了电池箱的优化设计方案并对重新设计的电池箱进行静动力学性能对比验证。结果表明,优化后的电池箱在满足强度和刚度的前提下,实现了轻量化设计,该方法为电动汽车动力电池箱的设计提供了参考。

摘要：针对轨姿控发动机部分振动试验夹具存在质量偏大、频率特性差等问题,采取拓扑优化的方法对典型试验夹具进行了结构设计改进。基于Optistruct的拓扑优化模块,讨论了动力学拓扑优化模型及多目标优化的实现策略,介绍了离散度参数及最小成员尺寸等优化控制参数的设置。通过对推力装置块状试验夹具的拓扑优化,研究了优化目标及控制参数对优化结果的影响。优化后夹具频率特性满足试验要求,减速效果明显。通过实物振动试验,验证了正弦振动和随机振动试验条件下夹具控制响应平稳,满足试验容差要求。最后,通过对某型轨姿控发动机整机锥状试验夹具的结构设计改进,进一步拓展应用了拓扑优化方法。仿真结果表明,优化后夹具的模态频率和动态响应特性显著改善,为后续发动机振动试验夹具设计提供借鉴。

摘要：悬架在整车中占据着举足轻重的地位,决定了车辆操纵稳定性及平顺性的好坏。为了使得初步设计的双横臂式独立悬架性能得到提升,论文采用多目标拓扑优化的方法对前悬架进行了优化。首先在ADAMS/CAR中建立了车辆前悬架模板子系统,仿真出车轮定位参数变化曲线。接着在ADAMS/Insight模块里,设计目标选为车轮定位参数,设计变量选为前悬架硬点坐标,根据敏感度大小,对前悬架硬点坐标进行了优化,曲线对比结果显示优化有效。

摘要：为满足燃料组件修复系统的工作平台轻量化设计的要求,分别采用单目标柔度拓扑优化理论、单目标固有频率拓扑优化理论、多目标拓扑优化理论,对燃料组件修复系统的工作平台进行结构优化设计。优化结果表明,在重量减少一定的情况下,多目标拓扑优化能够获得动静态特性均优的工作平台。

摘要：穿越地球大气层的高速飞行器同时受到气动加热载荷和机械载荷的作用,其结构设计必须满足热和机械设计要求。本文采用权函数法,同时考虑了机械性能和导热性能要求,以结构质量最轻为目标函数,分别对结构型式和结构参数进行了优化设计。首先,对应不同机械载荷和温度载荷要求的权重之比,进行多目标拓扑优化,获得合理的结构型式;然后,对应拓扑优化得到的不同结构型式,进行结构参数化建模,用遗传算法进行结构参数优化,找出最优解;最后,通过加筋板的实际算例,验证了该方法的可行性和有效性。

摘要：为保证油箱支架结构能更好地满足不同行驶工况下的承载要求,需要在设计阶段考虑其在多工况下的静态刚度特性,对整个支架结构进行合理的多目标拓扑优化设计。基于固体各向同性材料惩罚函数优化理论,运用折衷规划法定义了车辆在不同行驶工况下的静态刚度拓扑优化目标函数,根据优化结果,设计出了一种满足刚度要求的新支架结构。