用最小二乘法的孪生有界支持向量机分析出桥式起重机主梁截面各参数相对于主梁质量的灵敏度,筛选出灵敏度最大的6个参数,运用改进的蝙蝠算法以主梁质量为目标函数对其进行分析计算,结果显示,优化后的桥式起重机主梁的质量减少了13.8%。通过ANSYS软件对优化后的桥式起重机主梁进行有限元分析,结果证明了该方法的可靠性。

通过变刚度横置板簧悬架模型设计,板簧刚度可实现9倍范围变化,FSAE赛车可实现16种变刚度底盘特性组合;弯道仿真表明,FSAE赛车前后悬架不同刚度组合均可降低整车质心高度,提升稳定性,其中BB刚度组合性能改善最为明显,车身高度降低81.18mm,整车横摆角速度指标提升35.39%,侧向加速度指标提升57.50%;横置板簧与车身及下控制连接处添加衬套后,可有效改善实验初期震荡现象;板簧结构优化后,质量减少24.00%,稳定性指标微幅提升,但仿真过程伴有较小的震荡现象。

针对铝合金型材难焊、怕焊的特点,设计了一种用于电动客车铝合金骨架的榫卯连接节点,对铝合金型材梁、榫卯节点及加强榫卯节点三种结构开展了三点弯曲性能试验,研究比较了三种结构的破坏模式、力学性能和应变分布。研究结果表明,型材梁破坏模式主要是腹板屈曲变形及下翼缘受拉断裂,榫卯节点及加强榫卯节点能够减少单根卯梁腹板受力过程中的屈曲变形,两者的失效主要表现为卯梁下翼缘处焊缝开裂。在三种样件中,加强榫卯节点峰值力最高,型材梁弯曲刚度、吸能效果均优于其它两种样件。相同弯曲力下,榫卯节点卯梁腹板处应变高于型材梁,节点加强后,卯梁腹板应变有所减小,翼缘处应变增大。

针对大型翻车机多工况多变量强隐式约束的优化问题。文中建立了翻车机在不同工况下的有限元模型,并通过仿真评估确定了设计工况,同时借助主因素和主效应分析法分层筛选了优化设计变量,压缩了优化设计空间,基于拉丁超立方试验设计,构建了响应函数与设计变量间的近似模型以及翻车机整体结构的轻量化设计优化模型,最终实现了C96型翻车机的轻量化设计,相对原始设计质量减少12.9%。该方法可为多工况多变量的工程优化问题提供参考。

为满足池边检查主工作平台轻量化设计的要求,采用多目标拓扑优化理论,对池边检查主工作平台进行结构优化设计。首先,运用线性加权法,将结构柔度最小和固有频率最大的多目标拓扑优化模型转化为单目标拓扑优化模型;然后,使用HyperWorks的OptiStruct模块进行粗拓扑优化设计;进一步,在粗拓扑优化的基础进行精细拓扑优化设计;最后,对优化前后主工作平台的动静态特性进行评价分析。优化结果表明,在保持主工作平台动静态特性基本稳定的情况下,主工作平台重量减小了4.9%。

以某企业正在开发的一款12 m右舵客车为研究对象,在Hyperstudy软件中建立车身骨架的近似模型,然后运用MOGA多目标遗传算法对车身骨架结构的壁厚进行优化,经过计算分析,轻量化后客车骨架质量减小206 kg,轻量化率达到9.13%,实现了轻量化的目标。通过对比分析轻量化前后车身骨架的典型工况性能和模态性能,验证了轻量化方案的合理性。

为提高汽车碰撞后侧面的安全性,对汽车B柱进行耐撞性能优化及轻量化设计。利用Hypermesh软件划分车辆网格,建立汽车有限元模型。采用LS-DYNA软件分析优化结果,通过B柱加强版进行总成集合化处理,从而实现B柱加强板总成属性转移。采用CAE软件进行仿真实验,确定2 k因子对性能造成影响的关键与非关键因素,通过B柱热成型优化设计提高车辆轻量化效果。实验结果表明应用该方法优化后,车辆B柱轻量化比基础模型升高了15.4%,车辆整体质量减轻了19%以上。通过对汽车侧面碰撞试验B柱进行耐撞性能实验,可知汽车B柱几乎没有发生变形,车厢内假人胸腔未出现损伤。

针对货运集装箱轻量化需求,提出了一种全铝集装箱快速设计方案,并根据中国船级社集装箱检验标准,设计出一种以6061挤压铝型材为主要结构的20 ft集装箱。在此基础上,通过有限元方法进行集装箱在堆码后偏置测试时的静力学分析,结果表明后角柱是设计的关键结构。对后角柱进行了结构优化,设计了一种双孔嵌合型角柱,优化后的角柱最大应力与变形量明显下降,角柱未发生屈服且应力分布更加均匀。对比分析,修改后结构的力学性能明显改善,比钢箱质量减轻40%,满足设计要求。

针对航空发动机矢量尾喷管调节环结构轻量化问题,开展拓扑优化设计研究。对调节环进行静力分析,获得其不同工况下受力情况。以轻量化为目标,对结构进行拓扑优化。综合考虑8种工况,对调节环进行拓扑优化,在保证结构工作强度的情况下,使调节环减重25%,达到设计指标,可为今后航空领域结构轻量化设计提供参考依据。

3D打印模型的轻量化是减少打印耗材与成本的关键,为此提出一种基于桁架的模型轻量化方案,该轻量化方案主要分为基础结构生成以及强度优化两个步骤,其中基础结构由模型外壳与内部桁架构成,强度优化则通过受力较大部位填充实现。首先对模型3D打印模型进行抽壳,并同时生成模型的内核,接着读取内核文件数据计算出内部桁架,再对模型进行力学仿真并提取仿真节点,筛选仿真结果后对剩余节点进行填充。该方案能实现模型的轻量化并能根据仿真结果进行结构调整,并且针对过去所提出基于桁架的轻量化方案存在的问题做出了改进。