拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仿真的案例
基于Altair Inspire的方程式賽車懸架吊耳結(jié)構(gòu)仿真及拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)
圖4 初代模型優(yōu)化結(jié)果
圖5 第一代優(yōu)化模型
對(duì)第一代優(yōu)化模型進(jìn)行仿真以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，由于此次優(yōu)化的主要目的在于對(duì)模型細(xì)節(jié)部分的構(gòu)建，故此次優(yōu)化目標(biāo)優(yōu)先選用選擇最小質(zhì)量。仿真及優(yōu)化結(jié)果分別如圖6，圖7所示。
圖6 第一代優(yōu)化模型仿真結(jié)果
圖7 第二次優(yōu)化結(jié)果
將第一次優(yōu)化模型導(dǎo)入catia，在第一次優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上參考第二次優(yōu)化結(jié)果并考慮加工難度構(gòu)建模型如圖8所示，對(duì)最終模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真得到仿真結(jié)果如圖9所示，將仿真結(jié)果與初代模型的仿真結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)在保證吊耳結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及力學(xué)性能足夠的情況下，經(jīng)過2次的迭代優(yōu)化其質(zhì)量由0.295kg降到了0.117kg，達(dá)到了結(jié)構(gòu)輕量化的目的。
圖8 最終吊耳模型
圖9 最終模型仿真結(jié)果
總結(jié)：
本次對(duì)賽車懸架吊耳的優(yōu)化達(dá)到了輕量化的目的，同時(shí)由于使用的Altair Inspire軟件將結(jié)構(gòu)仿真與拓?fù)?/em>優(yōu)化無縫連接的特點(diǎn)使此次優(yōu)化時(shí)間得到了極大的縮短。通過此次優(yōu)化可以反應(yīng)出Inspire的易上手，優(yōu)化速度快等特點(diǎn)，同時(shí)其誤差也在可接受范圍之內(nèi)。
展開 基于3d打印結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化的四旋翼無人機(jī)
基于3D打印結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化的四旋翼無人機(jī)
摘要
四旋翼無人機(jī)因具備垂直起降，自由懸停，體積小，用途多樣且成本低等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用。目前制約四旋翼無人機(jī)進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一就是其續(xù)航時(shí)間較短，載重小。現(xiàn)階段工業(yè)制造中普遍通過提升動(dòng)力的方法來延長續(xù)航時(shí)間，而對(duì)于機(jī)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究較少。本文將結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)和3D打印技術(shù)結(jié)合在一起，對(duì)四旋翼的機(jī)架部分進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了四旋翼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化減重設(shè)計(jì)，并采用數(shù)值分析的方法，對(duì)優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度、穩(wěn)定性分析和固有模態(tài)分析。并通過增材技術(shù)完成優(yōu)化后機(jī)架的制作，對(duì)實(shí)物進(jìn)行了測試試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。該研究為四旋翼的輕量化設(shè)計(jì)及延長續(xù)航時(shí)間提供了一種新的思路。
關(guān)鍵詞：四旋翼無人機(jī)，拓?fù)?/em>優(yōu)化，增材技術(shù)
目錄
摘要 1
一、緒論
（一）選題背景及研究意義
（二）國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
（三）本文研究內(nèi)容及目的
二、無人機(jī)總體設(shè)計(jì)及初始模型建立
（一）機(jī)架材質(zhì)及構(gòu)型選擇
1、機(jī)架材質(zhì)選擇
2、初始構(gòu)型確定
（二）動(dòng)力及飛控系統(tǒng)選擇
1、動(dòng)力系統(tǒng)
2、飛控系統(tǒng)
（三）仿真分析
1、四旋翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化工況分析
2、模型仿真分析
三、結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化及仿真分析
（一）結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化及優(yōu)化模型確定
1、模型1拓?fù)?/em>優(yōu)化分析
2、模型2拓?fù)?/em>優(yōu)化分析
（二）優(yōu)化結(jié)構(gòu)重構(gòu)
（三）拓?fù)?/em>優(yōu)化結(jié)構(gòu)靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析
四、應(yīng)用前景分析
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
一、緒論
（一）選題背景及研究意義
近年來，隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是多旋翼無人機(jī)，在面向中小型飛行應(yīng)用領(lǐng)域，多旋翼無人機(jī)相比固定翼和直升機(jī)具有很多優(yōu)勢，如尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)等。
展開 車身結(jié)構(gòu)局部拓?fù)?/em>指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例
4.定義目標(biāo)
體積分?jǐn)?shù)最小
5.優(yōu)化結(jié)果
經(jīng)過迭代，查看優(yōu)化結(jié)果在門檻后段出現(xiàn)支撐結(jié)構(gòu)。可以對(duì)此處進(jìn)行方案設(shè)計(jì)
6.結(jié)果解讀
在對(duì)應(yīng)位置增加加強(qiáng)板，扭轉(zhuǎn)剛度增加1153 Nm/°，拓?fù)?/em>優(yōu)化有效指導(dǎo)了扭轉(zhuǎn)剛度方案。
基于ANSYS的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)拓?fù)?/em>優(yōu)化仿真分析
摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化展開了仿真分析。首先，針對(duì)不同的工藝約束，建立了多目標(biāo)拓?fù)?/em>優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，通過比較不同拓?fù)?/em>優(yōu)化結(jié)果的區(qū)別和優(yōu)劣勢，選取了最優(yōu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化建模方法。隨后，根據(jù)拓?fù)?/em>優(yōu)化結(jié)果，建立了工程化結(jié)構(gòu)數(shù)模。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在所建立的多目標(biāo)拓?fù)?/em>優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)下，得到了一種在工藝約束下最優(yōu)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且該結(jié)構(gòu)具有較好的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，可為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：ANSYS;汽車轉(zhuǎn)向節(jié);拓?fù)?/em>優(yōu)化;工藝約束;多目標(biāo)優(yōu)化;力學(xué)性能;
1 引言
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要部件，其結(jié)構(gòu)和性能直接影響著汽車的操控性和安全性。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)通常采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和試錯(cuò)方法，存在設(shè)計(jì)時(shí)間長、成本高、效率低等問題，同時(shí)難以滿足不同工況下的需求。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展，基于拓?fù)?/em>優(yōu)化的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)已經(jīng)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。在不同的工藝約束下，通過建立多目標(biāo)拓?fù)?/em>優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，可以快速高效地得到優(yōu)化結(jié)果，有效提高轉(zhuǎn)向節(jié)的性能和質(zhì)量。此外，拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)還可以大幅減少設(shè)計(jì)時(shí)間和成本，提高設(shè)計(jì)效率和可靠性，同時(shí)降低產(chǎn)品開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
2 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化
2.1 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)和功能
汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中非常重要的部件之一，主要起到連接轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和輪轂的作用。其主要功能是將駕駛員的轉(zhuǎn)向操作傳遞到車輪，控制車輛的方向和行駛狀態(tài)。傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)通常采用鑄造或鍛造的方式制造，形狀比較固定，存在一些設(shè)計(jì)上的局限性。而拓?fù)?/em>優(yōu)化技術(shù)則可以通過對(duì)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的得到，進(jìn)一步提高汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的性能和質(zhì)量[1]。
2.2 拓?fù)?/em>優(yōu)化在汽車轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
拓?fù)?/em>優(yōu)化作為一種優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，在汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用。
展開 
設(shè)計(jì)仿真 | SimManager在電子信息行業(yè)的應(yīng)用
因此，信號(hào)完整性設(shè)計(jì)成為保障系統(tǒng)可靠性與性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)方式下，仿真數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一管理，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建效率低，知識(shí)難以沉淀，嚴(yán)重制約了研發(fā)效率與質(zhì)量。
設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
信號(hào)設(shè)計(jì)涉及多個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能使用不同的 EDA 工具，形成了一個(gè)跨平臺(tái)、跨數(shù)據(jù)格式的復(fù)雜流程鏈。
典型流程包括：原理圖設(shè)計(jì)、PCB疊層與Layout設(shè)計(jì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搭建與仿真建模、無源仿真、有源仿真、測試驗(yàn)證與數(shù)據(jù)對(duì)比等。
存在的問題包括：
■數(shù)據(jù)孤島：仿真結(jié)果、測試數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)文件分散存儲(chǔ)，難以統(tǒng)一管理
■版本追蹤困難：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、仿真模型、Layout版本更新頻繁，缺乏統(tǒng)一版本控制。
■缺少溝通工具：缺少工具用來描述芯片、連接器、電阻、電容、通孔（VIA）、走線等元件的排列方式，用以進(jìn)行技術(shù)交流和方案展示工具。
■知識(shí)沉淀不足：設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)難以結(jié)構(gòu)化沉淀，重復(fù)勞動(dòng)頻繁。
解決方案
SimManager仿真數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在電子信息行業(yè)解決方案的主要內(nèi)容包括：
?設(shè)計(jì)流程管理：
管理完整的信號(hào)設(shè)計(jì)流程，從需求分析到問題修正，將設(shè)計(jì)流程固化到系統(tǒng)中，一個(gè)完整的產(chǎn)品仿真研發(fā)過程，完全通過SimManager進(jìn)行管理。
?仿真數(shù)據(jù)管理：
設(shè)計(jì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行集中化、標(biāo)準(zhǔn)化管理，通過SimManager將原理圖、仿真模型、測試數(shù)據(jù)等集中管理，并建立數(shù)據(jù)間的譜系關(guān)系，提升數(shù)據(jù)的可追溯性與復(fù)用效率，并支持?jǐn)?shù)據(jù)版本控制與用戶權(quán)限管理。
?知識(shí)庫管理：
將拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、仿真結(jié)果、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)化沉淀，建立內(nèi)部知識(shí)庫，支持搜索與復(fù)用，以及知識(shí)歸檔審批流程和權(quán)限控制。
?系統(tǒng)集成：
SimManager高開放性接口可與其他系統(tǒng)緊密集成，消除信息孤島實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)互通。
展開 Ansys Workbench中拓?fù)?/em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化 | 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?/em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?/em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)?/em>，發(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?/em>優(yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?/em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?/em>優(yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程如下圖所示。先在拓?fù)?/em>結(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)?/em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能 | 拓?fù)?/em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?/em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?/em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)?/em>，發(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?/em>優(yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?/em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?/em>優(yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程如下圖所示。先在拓?fù)?/em>結(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)?/em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 OptiStruct端板結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化
OptiStruct在結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面擁有較強(qiáng)的能力，可以進(jìn)行靜力學(xué)分析優(yōu)化、疲勞分析優(yōu)化、動(dòng)力學(xué)分析優(yōu)化等等。具體的優(yōu)化方法包括拓?fù)?/em>優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化、尺寸（參數(shù)）優(yōu)化、形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化。各方法定義如下：
拓?fù)?/em>優(yōu)化：在滿足給定約束的前提下，針對(duì)目標(biāo)函數(shù)在給定設(shè)計(jì)空間尋找最優(yōu)材料布局。
自由尺寸優(yōu)化：給定殼單元，在滿足約束的前提下，針對(duì)目標(biāo)函數(shù)為每一個(gè)單元尋找一個(gè)最有厚度。
形貌優(yōu)化：給定殼單元，在滿足給定約束的前提下，針對(duì)目標(biāo)函數(shù)尋找最佳拉延筋布局。
尺寸（參數(shù)）優(yōu)化：給定結(jié)構(gòu)和用戶自定義的形狀變量，在滿足給定約束的前提下，針對(duì)目標(biāo)函數(shù)尋找參數(shù)。
形狀優(yōu)化：給定結(jié)構(gòu)和用戶自定義的形狀變量，在滿足給定約束的前提下，針對(duì)目標(biāo)函數(shù)尋找各個(gè)形狀的最佳變形比例。
自由形狀優(yōu)化：針對(duì)給定結(jié)構(gòu)修改邊界節(jié)點(diǎn)，在滿足給定約束的前提下，針對(duì)目標(biāo)函數(shù)尋找各個(gè)節(jié)點(diǎn)的最佳位置。
一般把拓?fù)?/em>優(yōu)化、自由尺寸優(yōu)化、形貌優(yōu)化稱為概念設(shè)計(jì)優(yōu)化，尺寸（參數(shù)）優(yōu)化、形狀優(yōu)化、自由形狀優(yōu)化稱為詳細(xì)設(shè)計(jì)優(yōu)化。
下面用OptiStruct對(duì)端板做一個(gè)拓?fù)?/em>優(yōu)化，包括分析設(shè)置、優(yōu)化設(shè)置、后處理以及生成step格式文件。
圖 端板幾何模型
端板如圖所示，保存為step格式文件，導(dǎo)入到hypermesh中。對(duì)其進(jìn)行4面體網(wǎng)格劃分，并將其分為非優(yōu)化區(qū)域和優(yōu)化區(qū)域，同時(shí)非優(yōu)化區(qū)域和優(yōu)化區(qū)域也需要單獨(dú)設(shè)置屬性，因?yàn)樵?em>拓?fù)?/em>優(yōu)化時(shí)是依據(jù)屬性進(jìn)行區(qū)分的。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化從入門到精通-拓?fù)?/em>優(yōu)化簡介
<h2>什么是拓?fù)?/em>優(yōu)化（Topology Optimization）？</h2><p>拓?fù)?/em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，是結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一種。如下視頻所示。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<jsk id="C_Playb0a0eae9b94371efbffc4531958d0102" videoid="b0a0eae9b94371efbffc4531958d0102" duration="0秒">
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</div><h2>如何開展結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化分析？</h2><p>本文以一個(gè)C型夾的結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化案例來演示基本拓?fù)?/em>優(yōu)化定義流程，結(jié)構(gòu)受力工況如下圖所示。
展開 開關(guān)電源中11種拓?fù)?/em>結(jié)構(gòu)
21、總結(jié)
■此處回顧了目前開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換中最常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
■還有許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但大多是此處所述拓?fù)?/em>的組合或變形。
■每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含獨(dú)特的設(shè)計(jì)權(quán)衡：
施加在開關(guān)上的電壓
斬波和平滑輸入輸出電流
繞組的利用率
■選擇最佳的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要研究：
輸入和輸出電壓范圍
電流范圍
成本和性能、大小和重量之比
來源：ITTBANK
盤點(diǎn) | 11種開關(guān)電源的拓?fù)?/em>結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
結(jié) 語
本文回顧了目前開關(guān)式電源轉(zhuǎn)換中最常見的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除此之外還有許多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但大多是這些拓?fù)?/em>的組合或變形。
每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含獨(dú)特的設(shè)計(jì)權(quán)衡：施加在開關(guān)上的電壓，斬波和平滑輸入輸出電流，繞組的利用率。
選擇最佳的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需要研究：輸入和輸出電壓范圍，電流范圍，成本和性能、大小和重量之比。
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初識(shí)結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化設(shè)計(jì)
在一個(gè)確定的連續(xù)區(qū)域內(nèi)尋求結(jié)構(gòu)內(nèi)部非實(shí)體區(qū)域位置和數(shù)量的最佳配置，尋求結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件布局及節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)方式最優(yōu)化，使結(jié)構(gòu)能在滿足應(yīng)力、位移等約束條件下，將外載荷傳遞到結(jié)構(gòu)支撐位置，同時(shí)使結(jié)構(gòu)的某種性態(tài)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)。在連續(xù)體Ω上選出一個(gè)子集Ωm，使之滿足目標(biāo)函數(shù)及約束條件。
對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化而言就是在給定節(jié)點(diǎn)位置情況下,確定各節(jié)點(diǎn)的最佳連接關(guān)系。對(duì)連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化而言.不僅要使結(jié)構(gòu)的邊界形狀發(fā)生改變,而且對(duì)結(jié)構(gòu)中的孔洞個(gè)數(shù)及形狀的分布也要進(jìn)行優(yōu)化。目前對(duì)桁架結(jié)構(gòu)及二維連續(xù)體結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化研究較多。主要困難在于：滿足一定要求的結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>形式具有很多種，這種拓?fù)?/em>形式難以定量描述或參數(shù)化，而需要設(shè)計(jì)的區(qū)域預(yù)先未知，大大增加了拓?fù)?/em>優(yōu)化的求解難度。
拓?fù)?/em>優(yōu)化是一種比尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化更高層次的優(yōu)化方法，也是結(jié)構(gòu)優(yōu)化中最為復(fù)雜的一類問題。拓?fù)?/em>優(yōu)化處于結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)階段，其優(yōu)化結(jié)果是一切后續(xù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。當(dāng)結(jié)構(gòu)的初始拓?fù)?/em>不是最優(yōu)拓?fù)?/em>時(shí)，尺寸和形狀優(yōu)化可能導(dǎo)致次優(yōu)結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，因此在初始概念設(shè)計(jì)階段需要確定結(jié)構(gòu)的最佳拓?fù)?/em>形式。
拓?fù)?/em>優(yōu)化包括剛性構(gòu)件的拓?fù)?/em>優(yōu)化和柔性構(gòu)件的拓?fù)?/em>優(yōu)化。剛性結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化是求解在已知外力作用下設(shè)計(jì)域產(chǎn)生位移最小或材料最省的結(jié)構(gòu)形式。柔性結(jié)構(gòu)的拓?fù)?/em>優(yōu)化是求解結(jié)構(gòu)通過部分或全部柔性構(gòu)件的變形而產(chǎn)生相應(yīng)位移的拓?fù)?/em>構(gòu)成形式。
另外，還存在一種結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化，布局優(yōu)化包含了前三種優(yōu)化的主要內(nèi)容，綜合考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸、形狀和拓?fù)?/em>的優(yōu)化，同時(shí)也考慮外力的最佳作用位置及分布形式，結(jié)構(gòu)的支承條件等，還包括結(jié)構(gòu)單元類型的優(yōu)化。布局優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型描述更為復(fù)雜，求解更困難。目前處于較低的研究水平，國內(nèi)外很少見文獻(xiàn)報(bào)道，是一個(gè)難以研究的領(lǐng)域。
拓?fù)?/em>優(yōu)化的思想古已有之。
展開 連桿結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化
本文使用inspire首先對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，并進(jìn)行拓?fù)?/em>優(yōu)化。
1、對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，獲得機(jī)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)的載荷曲線，用來作為部件優(yōu)化輸入的載荷條件。
2、選擇需要優(yōu)化的部件，加載第一步獲得的載荷。同時(shí)考慮上下面的擠出工藝約束以及左右的對(duì)稱約束。
3、拓?fù)?/em>優(yōu)化結(jié)果。
4、結(jié)果。經(jīng)過inspire拓?fù)?/em>優(yōu)化，結(jié)構(gòu)減輕重量的同時(shí)仍然能夠完成連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沒有發(fā)生變化。
基于拓?fù)?/em>優(yōu)化的車身結(jié)構(gòu)研究
摘要：隨著CAE技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)在汽車開發(fā)中的作用也愈來愈顯著。而前期工程階段，如何布置出合理的車身骨架架構(gòu)，一直是個(gè)相對(duì)空白的地帶，也是整車正向開發(fā)過程中繞不過的坎。盡管研發(fā)工程師根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照現(xiàn)有車型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也能進(jìn)行車身骨架架構(gòu)的設(shè)定，但總是缺乏有效手段直觀地反映不同車型結(jié)構(gòu)布置的特點(diǎn)。本文用拓?fù)?/em>優(yōu)化的方法，從結(jié)構(gòu)基本特征的角度來審視這一問題，并運(yùn)用該方法對(duì)某SUV車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，獲得一些直觀性的結(jié)論。
關(guān)鍵詞：車身,前期工程,拓?fù)?/em>優(yōu)化
1 引言
隨著對(duì)整車研發(fā)過程認(rèn)識(shí)的加深，以及對(duì)正向開發(fā)過程的探索，在車型開發(fā)前期，對(duì)車身結(jié)構(gòu)做出更合理的規(guī)劃顯得愈來愈重要。常規(guī)的研發(fā)思路之一是通過參考已有車型的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男薷模纬尚碌?em>結(jié)構(gòu)，并用于新車型中。但是對(duì)于原始車型的設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)布置的原因等缺乏系統(tǒng)的理解，或者理解不深，往往在更改過程中產(chǎn)生新的問題。為了部分解決上述問題，本文從結(jié)構(gòu)拓?fù)?/em>優(yōu)化的角度，對(duì)某SUV車型車身結(jié)構(gòu)的總體布置進(jìn)行初步探討，以期加深對(duì)結(jié)構(gòu)布置的理解。
2 研究方法概述
合理化的車身結(jié)構(gòu)，是滿足整車基本性能的重要保障。為了能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)布置，文獻(xiàn)[1]使用了拓?fù)?/em>優(yōu)化工具來布置車身結(jié)構(gòu)。其基本思路是從造型以及車內(nèi)空間布置出發(fā)，建立車身空間的基礎(chǔ)網(wǎng)格模型，然后根據(jù)一定的工況要求，對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)格進(jìn)行拓?fù)?/em>分析，并根據(jù)拓?fù)?/em>結(jié)果建立梁、板殼模型，并進(jìn)行多項(xiàng)性能的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)車身結(jié)構(gòu)的正向開發(fā)。本文借助于該思想，建立研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)空間包絡(luò)，并對(duì)該包絡(luò)進(jìn)行拓?fù)?/em>分析，然后將仿真結(jié)果與原始結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，尋找車身結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵點(diǎn)，推測初始結(jié)構(gòu)可能的布置思想，從而加深對(duì)該研究思路的理解。
展開 柔性低頻輸電技術(shù)拓?fù)?/em>結(jié)構(gòu)介紹
BTB-MMC型變頻拓?fù)?/em>
BTB-MMC型交交變頻器由兩組MMC換流器在直流側(cè)連接構(gòu)成。兩側(cè)的MMC換流器各由6個(gè)橋臂構(gòu)成，每個(gè)橋臂由N個(gè)半橋結(jié)構(gòu)功率模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成，橋臂中均串聯(lián)一個(gè)橋臂電抗器，整個(gè)變頻器由12個(gè)橋臂構(gòu)成。
▲典型BTB-MMC柔性 交交變頻器結(jié)構(gòu)
這種拓?fù)?/em>中換頻器的工頻側(cè)和低頻側(cè)天然解耦，控制結(jié)構(gòu)簡單，技術(shù)成熟，能夠通過增減接入換流器的功率模塊數(shù)量來滿足不同功率和電壓等級(jí)的要求。該拓?fù)?/em>在粵港澳大灣區(qū)直流背靠背、魯西直流背靠背和渝鄂直流背靠背等工程均有應(yīng)用，有較豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
由于這種拓?fù)?/em>將變頻過程分為整流和逆變兩個(gè)環(huán)節(jié)，整體換流效率有所降低。并且換頻器由兩個(gè)MMC構(gòu)成，橋臂和功率器件數(shù)量多，低頻側(cè)電容容值大，整體經(jīng)濟(jì)性有所降低。此外，低頻運(yùn)行將導(dǎo)致功率模塊電容充、放電時(shí)間變長，電壓波動(dòng)加劇，以及橋臂環(huán)流增大，功率模塊損耗與橋臂應(yīng)力增大等問題 。
展開 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仿真的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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