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%。

为加强齿轮刚度和对外界激励的抑制能力,减少齿轮制造的材料使用率,引入多目标拓扑优化理论并运用OptiStruct对齿轮最佳结构进行设计。首先,依据齿轮的实际工作状况,基于HyperMesh分别以刚度和一阶固有频率为优化目标,以优化前后体积比为约束条件构建齿轮的SIMP优化模型并运用OptiStruct进行求解。然后,采用折衷规划法定义多目标函数,基于层次分析法计算决策矩阵并确定多目标函数的权重因子。最后,运用OptiStruct求解出齿轮结构的最佳材料分布。优化结果表明,优化后的齿轮不仅提高了力学性能和抑制振动能力,还降低了齿轮材料的使用率,实现齿轮结构的轻量化设计。

以某车型为研究对象,在兼顾行人头部保护性能的基础上,对汽车发动机罩系统进行轻量化设计。首先建立头部碰撞有限元模型,并通过试验验证了模型的准确性;再利用OptiStruct对发动机罩内板进行多目标拓扑优化。优化后的发动机罩系统符合静态性能设计要求,提高了行人头部保护性能,质量减轻了7.21%。

铝合金客车车身多采用机械连接的方式,连接件的设计质量直接关系到铝合金客车的刚度、强度、模态及轻量化等方面的综合性能。文中面向铝合金公交车车身结构提出一种连接件的多目标优化设计方法,采用折衷规划法将单目标优化转化为多目标优化,根据优化结果获得兼顾刚度和振动频率要求的公交车连接件拓扑结构,并开展整车强度及刚度分析。结果表明优化后的连接件质量减少35.79%;整车一阶固有频率提升12.1%;骨架弯曲刚度和扭转刚度分别提升了14.98%和31.32%;4种工况下公交车整体应力值均未超过其材料的许用应力。

为满足精密定位和微纳制造领域对全柔性并联机构构型设计的需求,基于三平移并联机构原型,采用多目标拓扑优化理论,得到了一种结构配置较佳的新型全柔性并联机构。首先,基于单目标的柔度优化模型和固有频率优化模型,运用线性加权法建立了机构的多目标拓扑优化模型。然后,基于HyperWorks/OptiStruct软件和优化准则算法对机构进行拓扑优化设计,得到了拓扑优化后的新型全柔性并联机构。最后,通过HyperMesh软件对拓扑优化前后的机构进行静力学分析和模态分析,从而验证了多目标拓扑优化设计的有效性。