地应力场模拟软件研发及应用

首先,基于定向井井周应力模型建立了单井目标层位地应力计算方法,同时采用平面应变模型作为二维地应力场模拟的基础模型;其次,采用模型语言研发了地应力场模拟所需有限元源程序,采用Newton最速下降法优化地应力场模拟边界载荷加载,引入“宏命令”方法实现了复杂地质模型的自动化构建和网格剖分,在此基础上研发了一款地应力场模拟有限元软件;最后,对胜利桩西老河口油田地应力场进行了建模分析,模拟计算误差为6.1﹪.研究表明,断层会对应力场产生显著影响,远离断层区域最小水平地应力介于22~23.5 MPa,最大水平地应力介于24~26.5 MPa,为老河口油田单井地应力纵向剖面建立及压裂防砂优化设计提供了定量依据.     

新型断路器自动调节锁紧装置移动框架设计

为了实现新型断路器生产过程的自动化,设计了新型断路器自动调节锁紧装置中的移动框架结构。基于三维实 体造型以有限元分析、机械优化设计等现代分析手段为支撑,通过有限元技术和虚拟样机技术分析移动框架的受力状况 和运动情况,优化设计移动框架内各个机构,最终设计制造出操作控制简便、工作平稳、使用寿命较长的移动框架。     

柴油机供油凸轮滚轮接触分析及滚轮母线优化

采用ABAQUS软件对柴油机供油凸轮滚轮机构进行有限元分析仿真,得出凸轮滚轮间接触应力(CPRESS)及等效应力(VON MISES)分布情况。为解决边界应力集中问题,通过Isight优化软件集成ABAQUS软件对滚轮母线进行优化设计,并对优化结果进行有限元仿真分析。分析结果表明:通过对滚轮的母线修形可以减小边界应力集中,提高凸轮滚轮的疲劳寿命。     

支持向量机替代模型的遗传优化设计

针对实际工程中常见的性能函数不能显式表示的优化问题,提出一种基于支持向量机替代模型的遗传优化设计方法。利用试验设计选取合适的设计参数样本点,通过实验或数值仿真获得响应输出,结合遗传算法构建具有参数优化功能的支持向量机替代模型;将支持向量机模型作为目标性能函数,结合其他约束条件完成优化模型的建立,并应用遗传算法进行优化,形成一套准确、高效、适应性强的优化方法。以典型电子装备功分器的结构尺寸优化为例,采用均匀试验设计和高频电磁场仿真软件HFSS获取替代模型训练的学习样本,建立功分器模型的幅度比、相位差和驻波3个响应面目标函数,并对该多目标优化问题进行遗传寻优。     

汽车底盘件结构耐久自动分析系统研究

针对汽车底盘件结构耐久分析中存在的效率低、一致性差的问题,建立了分析流程自动化系统。在载荷分解方面,基于多体动力学、统计学等原理,开发了载荷快速转化、结果自动校核等算法,建立了载荷求解及结果后处理的自动化系统。在有限元分析方面,基于二次开发技术、视图变换等原理,提出了自动建模、批量后处理等算法,建立了有限元分析全流程的自动化系统。基于流程自动化系统进行底盘件分析时,载荷分解效率提高了91%,有限元平均分析效率提高47%,在大幅缩短工作周期的同时规避了人为错误的影响,使分析结果的一致性得到充分保证。利用该系统进行某车型动力总成悬置支架的优化,在10 d时间内完成7版数据的优化迭代,使问题得到快速整改,验证了所开发系统的高效性和实用性。     

曲柄群驱动机构连杆断裂研究

针对曲柄群驱动机构实验台连杆桁架中连杆断裂现象,进行受力分析并针对问题提出可调杆件的设计方案。应 用压杆稳定性理论和ANSYS有限元软件对比分析了断裂连杆的临界应力,结果表明结构设计不当造成连杆断裂。最后 优化设计方案,将连杆设计为可调形式的连杆并应用于试验台中,对杆件进行的变形分析验证了优化设计的合理性。     

基于正交试验的长条薄壁板件注塑工艺参数优化与定量分析

针对塑件成型过程中体积收缩率对成型塑件尺寸精度的影响,文章选取长条薄壁板件作为研究对象,利用AMI有限元分析软件对长条薄壁板注塑成型过程进行数值模拟,采用多因素交互正交试验的方法获得常用ABS塑料在不同的工艺参数下成型薄壁件的体积收缩率。以体积收缩率为研究目标,对试验结果进行定量分析,对比分析每一个工艺参数对研究目标的贡献率,并计算得到最优的工艺参数组合,依据实验结果优化塑件成型工艺。该方法的应用为注塑成型工艺参数优化提供了定量的数据参考,是一种快速而实用的方法。     

小剂量灌装机理瓶机构优化设计

针对目前小剂量灌装机的人工上料存在效率低下、安全卫生不达标等问题，课题组提出一种基于四杆机构的理瓶机构方案。运用解析法对理料机构进行了结构分析，针对四杆机构特性创建平面简图，采用解析法针对其运行过程中的运动学理论进行分析计算；采用ADAMS软件对目标机构进行建模与仿真分析，并以四杆机构曲柄、连杆、摇杆长度为设计变量，以压力角最小为目标，各杆件之间相互关系为约束条件，进行优化设计得到最优解，使压力角减少了19.6%。优化设计有效解决了原灌装机全自动理料效率低的问题，并通过ADAMS软件对目标机构的优化设计进一步提升了传动效率。     

单环法求解基于可靠性的设计优化问题

在结构设计中,为获得高可靠性和安全性的机械结构,基于可靠性的设计优化受到了越来越多的关注。基于可靠性分析方法,分别提出了基于可靠性指数法和性能评估法的单环法,直接将基于可靠性的设计优化问题转化为确定性优化设计问题求解。典型算例表明,该方法是有效和高效的。     

超临界CO2萃取釜卡箍式快开结构强度分析及优化设计

为了实现萃取釜的轻量化设计,采用ANSYS软件对60 L超临界CO2萃取釜进行有限元分析,得出萃取釜卡箍 式快开结构的应力分布;在满足强度和抗疲劳性能的前提下,分别采用安全裕度法和JB 4732应力评定法提取状态变 量,以体积最小为目标进行优化设计。结果表明：2种方法优化后的效果明显,优化后的体积分别减少了22. 5%和 24. 2%。优化设计达到了轻量化目的,同时为萃取釜卡箍式快开结构优化设计提供有益参考。     

自动穿鞋带机的机械夹爪多目标优化设计

为满足灵活穿鞋带过程中无空间干涉及较大的拉扯力需求,夹鞋带的机械夹爪需刚度足够且结构尽可能小巧, 为此,文中用有限元分析软件ANSYS Workbench对夹爪和连接件进行了静力分析,获取了夹爪和连接件的受力和变形情 况。为尽可能避免机械手与鞋面、夹具之间的干涉,运用优化模块Design Exploration,对夹爪和连接件进行了多目标优 化,在夹爪与连接件满足许用应力和最大位移变形的要求下,缩小了夹爪和连接件的结构尺寸。机械手静力分析表明： 机械手满足许用应力和最大位移变形的要求。     

钢制扬克平盖烘缸的结构优化

为了实现扬克烘缸的轻量化设计,针对规格为φ3 680 mm x3 120 mm的钢制扬克平盖烘缸进行有限元应力分 析,得出对烘缸应力强度产生显著影响的结构参数,在此基础上,分别用零阶和一阶2种优化方法对烘缸结构进行优化 设计,优化结果表明优化效果明显,达到了减轻质量、节约成本的目的。同时为钢制平盖烘缸结构优化设计提供参考。     

55 t重型自卸车平衡悬架用推力杆断裂分析

针对某矿用三轴重型自卸车因推杆失效而导致产品可靠性低的问题，建立了对橡胶采用C3D8H单元，对金属构件采用C3D8R单元和C3D4单元的平衡悬架用推力杆有限元分析模型。利用有限元分析软件ABAQUS对其进行了强度分析、模态分析和屈曲分析。有限元分析结果和推杆在实际使用中出现的异常断裂情况相吻合，找出了该车推杆裂纹过早出现的原因，并给出了推力杆改进设计的方法。实际改进结果表明:改进方法是有效的。     

基于APDL语言的立体货架有限元参数化研究

针对目前立体货架有限元建模和求解的过程中存在的步骤繁琐,不可逆向修改设计等缺点,运用ANSYS二次开发关键技术,提出了基于APDL语言建立立体货架有限元模型的方法,制作了友好的用户自定义菜单界面系统,降低了工作人员的设计门槛。应用结果表明采用该方法设计的系统可以按要求自动实现立体货架的快速建模,完成相应的有限元求解,设计人员在后期进行方案修改时也无需重新建模,减少分析成本和分析时间。系统能替代传统的立体货架有限元分析方法,极大提高了分析效率。     

高速胶乳分离机转鼓体结构优化

针对高速胶乳离心机转鼓体受载大,应力分布不均,局部应力值大等问题,运用多目标优化设计方法,改善其结 构及应力分布。建立转鼓有限元计算模型,分析转鼓的受力和约束条件,得到转鼓体的应力和应变云图;以转鼓体外径 R1、高度H1、筒体壁厚D1和底面厚度D2作为目标参数,进行结构优化。优化结果：R1,H1和D1分别减少了4.180, 3. 640,2.353 mm,D2增加了1.518 mm;最大等效应力减小了21.09 MPa,下降率为4.29%,最大局部应力减小;总质量减 小了1. 042 kg,下降率为5.85%;最大变形量相对减小0.001 35 mm,下降率为0.65%,基本达到了优化目标。研究结果 及分析方法对碟式分离机结构优化具有参考价值和借鉴意义。     

有限元网格质量和材料黏度模型对注塑件翘曲分析的影响

利用Moldflow分析了吸尘器轴承座的成型过程,通过细化构件的有限元网格和对比网格质量,检验了有限元分 析结果收敛性,确认需要结合网格质量来改进计算过程。构件变形的有限元分析结果与实测数据进行比较,在最大翘曲 的估计方面效果较好,显示了对注塑过程和构件进行精确分析的重要性。文中也尝试采用不同的黏度模型对注塑件翘 曲进行分析,保证分析方法的一致和完整,为基于有限元分析的模具设计和加工过程优化积累经验。     

钢筋混凝土空心剪力墙的拓扑优化设计

传统现浇钢筋混凝土剪力墙结构具有自重大、刚度大、抗震作用大、延性差以及保温隔热性能低等建筑节能性能差等等诸多的缺点.随着建筑业的迅猛发展,大量的试验研究和有限元计算分析表明：钢筋混凝土空心剪力墙刚度小,延性好,是一种很好的节能性的延性剪力墙结构,更适用于高层建筑.本文主要利用ANSYS的结构拓扑优化模块对钢筋混凝土空心剪力墙的拓扑形状进行结构优化设计,建立以总体积为目标函数,以应力和变形状态变量为约束条件,以空心剪力墙孔洞的直径为优化变量的钢筋混凝土空心剪力墙的优化设计模型,并采用零阶方法进行优化设计和计算.     

加工中心工作台结构优化及可靠性研究

针对目前加工中心工作台在工作时,由于振动和变形产生刚度降低的问题,提出了一种结构优化方案,以验证优化后工作台刚度的可靠性。采用有限元法,在静力学分析的基础上对工作台进行了不增加质量而提高刚度的优化;采用灵敏度分析法对优化后工作台的刚度可靠性进行分析;在six sigma分析系统中验证了优化后工作台的刚度可靠度。分析结果表明：优化后工作台的刚度提高11. 5%,且可靠度达到100%,其中弹性模量及工作台圆形筋板厚度的随机变化对工作台刚度影响较大。该方案能提高加工中心工作台的刚度并且能确保其刚度可靠性。