空间光学遥感器长条形反射镜集成优化设计

针对空间光学遥感器离轴三反光学系统主镜的高轻量化率、高面形精度要求,提出了一种长条形反射镜集成优化的设计方法。首先利用变密度的拓扑优化方法分别得到刚度最大化和一阶频率最大化的反射镜拓扑模型,综合两种拓扑模型得到了反射镜的集成设计方案;然后提出了基于镜面变形值的镜体加强筋变量拓展优化方法,进行了设计变量的灵敏度分析,并对反射镜局部加强筋进行了多变量尺寸优化,得到了该长条形反射镜的最佳轻量化结构;最后对优化结果进行了有限元分析,仿真结果表明反射镜在优化后的面形精度有了显著提升,镜体质量仅为8.65 kg,与实心镜体相比轻量化率达到了80.9%。在Z向1g重力作用下,镜面面形精度峰谷值为23.70 nm,均方根值为4.54 nm,该优化方法能很好地满足设计要求。     

基于拓扑优化的复合材料汽车座椅骨架设计

为满足汽车座椅轻量化和安全性的需求,综合采用轻量化材料和结构拓扑优化设计技术,提出了一种碳纤维复合材料乘用车座椅设计方法.新型座椅骨架由碳纤维层合板外壳和短切碳纤维加强筋两部分组成.首先,为提高座椅结构刚度和稳定性,利用结构拓扑优化技术在碳纤维层合板外壳区域内布置合理的加强筋,然后,通过优化碳纤维层合板外壳,提高结构整体刚度,降低骨架质量.结果表明,与参考钢制骨架相比,新型座椅骨架不仅整体刚度得到大幅提升,而且质量减少了30.72%,有显著的轻量化效果.     

基于应力场的植物根系模拟及工程应用

通过研究植物根系形态形成机理,以等应力原则为基础,对植物根系的形态形成过程进行了计算机模拟,并提出了一种新的结构拓扑优化设计方法.研究结果表明,土壤和植物根系之间的剪切应力是控制植物根系形态形成的主要力学因素,而基于植物根系形态形成原理的结构拓扑优化设计方法,可应用于薄壁板壳结构的加强筋分布设计,快速得到加强筋分布的近似最佳拓扑形态,以作为进一步详细设计的初始模型.     

轮胎试验台转鼓结构的优化设计

为避免试验过程中转鼓在外界激励下发生共振,首先基于拓扑优化原理,以单元密度作为设计变量、体积缩减50％为约束条件、一阶固有频率为设计目标,对“工”字型转鼓的结构进行拓扑优化计算,得出转鼓的伪密度分布图;然后基于转鼓拓扑优化分析结果,改进转鼓的“工”字型结构,并对转鼓的结构尺寸进行50次迭代优化.在转鼓的一阶固有频率高于...     

大型摊铺机车架的力学特性分析与结构优化设计

首先,基于大型摊铺机车架刚度和强度设计方法,建立大型摊铺机车架的有限元模型.然后,通过模态仿真计算与模态分析得到车架的前10阶固有频率及主要振型,并通过模态实验验证了有限元模型的正确性.最后,提出动静力学特性相结合的综合结构设计方法:以动态刚度为目标函数,通过相对灵敏度分析确定车架刚度薄弱部分,利用拓扑优化手段实现摊铺机车架局部形状的改变及加强筋的布置,以提高车架刚度;结合静力学特性,分析摊铺机车架在静置情况下的应力分布及变形情况,以校验其性能可靠性,最终完成车架结构优化设计.对优化后的车架进行仿真分析,结果表明,优化后车架第1阶和第2阶固有频率明显提高,同时车架质量减少了3%.     

基于SIMP方法微电容加速度计结构固有频率拓扑优化

基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以叉指式微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大化为目标函数,以体积比作为约束条件,建立了弹性梁和质量块的拓扑优化模型。采用优化准则算法进行迭代求解计算。获得了满足不同体积约束并使一阶固有频率最大的微电容加速度计弹性梁和质量块的多种拓扑优化结构,其中28%体积比约束下的拓扑优化结构与其初始结构相比,一阶固有频率提高了3 330 Hz,提高比例达46.4%。计算结果表明通过构建的拓扑优化模型及优化求解方法可以较好地解决微加速度计频响范围过窄的问题。     

冲击载荷下结构拓扑优化设计与动态响应分析

为解决结构动态冲击载荷拓扑优化计算过程复杂、计算效率低,而且难以收敛等问题,建立了一种在冲击载荷下结构的拓扑优化方法. 将双向渐进结构拓扑优化方法和等效静力载荷优化方法相结合,同时将权值法和材料插值模型引入其中. 采用内外双层循环的方式实现了冲击载荷下单相材料和双相复合材料/结构的拓扑优化. 通过两个算例验证了方法的可行性与高效性,并且对优化后的结构进行动态响应分析,分析结果表明与传统方法相比,采用新方法优化得到的结构,在冲击载荷下承载能力更好,说明该方法适用于冲击载荷下结构的拓扑优化设计,且优化流程简洁,计算效率高,优化平稳高效.      

基于节点独立连续映射方法的变上限周长控制

为克服连续体结构拓扑优化中的数值不稳定性问题如棋盘格现象、网格依赖性问题和灰色区域等,提出变上限周长控制方式.在每轮优化迭代步中,根据当前结构周长值确定周长上限值,从而避免基于数值实验的周长上限确定过程.基于节点变量建立了连续体结构的独立连续映射拓扑优化模型,根据链式求导法则推导了周长敏度表达式并采用一阶泰勒展开近似表达周长约束方程.数值实验表明,该方法具有较好的优化迭代收敛性并能获得消除各类数值不稳定现象的清晰结果.     

基于多频约束和解析灵敏度法的大型振动筛优化设计

为解决大型振动筛工作过程中侧板动应力过高易损坏的问题,采用多频约束和解析灵敏度法对振动筛侧板加强筋的结构尺寸进行优化研究.在优化过程中,以振动筛侧板的质量为目标函数,以多个频率作为优化的状态参数,给出适合多频约束的优化准则,并考虑变量参数的解析灵敏度特性.研究结果表明:嵌入解析灵敏度计算方法的优化程序计算效率高,优化结果稳定:优化后侧板质量降低8.27%,2阶弹性变形频率分别提高1.37%和2.97%,达到较好的优化效果;对结构优化后振动筛进行评估,其质量降低2.35%,与工作频率比较接近的3阶弹性变形模态频率分别提高14.17%,12.29%和23.01%;优化后振动筛的固有频率得到提高,模态频率远离激振电机的工作频率,提高了振动筛的刚度和结构的可靠性.     

基于二级多点逼近算法的连续体结构拓扑优化

针对基于变密度法的连续体拓扑优化中设计变量连续性的特点,建立了以结构重量最小为目标,考虑位移和频率约束的连续体结构拓扑优化模型;原拓扑优化问题先转化为具有较高精度的第一级多点近似序列问题,该问题的约束函数由优化过程中历史设计点的临界约束函数值及其一阶导数构造;再通过线性泰勒展开建立可由对偶法快速求解的第二级近似序列问题,以逼近各第一级近似问题的解. 采用敏度过滤技术,避免棋盘格引起的数值缺陷问题,并对低密度区域的单元刚度进行惩罚,以消除频率约束问题的局部模态现象. 优化过程中采用通用有限元程序Nastran进行结构分析和敏度分析. 数值算例结果表明:应用该方法可以有效地解决具有位移和频率约束的连续体拓扑优化问题.      

Chemical pattern recognition applied to materials optimal design and industry optimization

The multi-dimensional spaces, spanned by the dimensionless numbers describing the equilibrium states or the macroscopic chemical kinetics of complicated chemical reaction systems, have been used for the data processing of the processes in materials preparation or industrial production. It has been found that there are four common topological types of the relations between the optimization zone and the operation zone in the multi-dimensional spaces. Various computation methods using pattern recognition, artificial neural network and genetic algorithm are used for model-building and optimization strategy searching. An integrated system named KDPAG has been built for materials optimal design or industrial optimization. Application to chemical, petrochemical and metallurgical industries and materials optimal design gives good results.     

卡车板簧支架拓扑优化设计

在HyperWorks中建立板簧支架的有限元拓扑空间和非拓扑空间。通过拓扑优化建立板簧支架的最优化设计方案．根据拓扑结果,在CATIA中建立板簧支架模型,然后对该模型进行强度分析。验证设计的合理性。     

管壳式相变蓄冷单元传热肋片拓扑优化设计

针对管壳式相变蓄冷单元传热肋片结构设计固化，概念设计缺乏理论指导，强化换热效果有限等问题，本文基于拓扑优化理论，构建二维管壳式相变蓄冷单元的物理模型并进行有限元分析；选取最终时刻平均温度为目标函数，以肋片材料体积占比为约束条件构建管壳式相变蓄冷单元二维肋片拓扑优化模型；对模型进行特征求解得到肋片清晰的拓扑轮廓以及动态演化特性。在上述研究基础上，进一步分析了不同肋片体积占比下所得优化拓扑构型的异同，得出20%的体积占比是综合考虑优化效果和成本的较优值。对比相同肋片体积分数下直肋单元与拓扑优化肋单元的蓄冷特性，结果发现，采用拓扑优化肋片的蓄冷单元中蓄冷速率较直肋提高了41.7%，最终时刻设计域的平均温度较直肋降低了3℃左右，从而验证了拓扑优化在相变蓄冷单元传热结构优化方面的优势。     

起重机伸缩臂截面拓扑优化

将拓扑优化应用在起重机臂架截面结构设计中,可以解决起重机伸缩臂结构的最优分布问题,从而提高起重机伸缩臂的力学性能,减轻臂架自重.分析拓扑优化中材料变密度法及其相关参数对拓扑优化结果的影响,采用结构力学中的拓扑优化方法建立了伸缩吊臂的拓扑优化数学模型.利用HyperMesh软件建立起重机臂架的有限元模型,并用OptiStruct软件进行优化分析,获得了最优的臂架截面拓扑图.优化结果表明数学模型是合理的,拓扑优化应用在起重机臂架截面设计中是有效的.     

发动机附件支架多工况拓扑优化研究

文章采用Optistruct软件提供的优化方法,对某发动机附件支架进行多工况拓扑优化分析;以附件布置的剩余空间为基础创建初始结构,并对其实施静态和模态分析;依据计算结果及设计要求实施以位移和模态频率为约束条件的拓扑优化分析;参考优化后的最优拓扑并结合工艺要求,确定支架设计方案并对其进行验算.实践证明,该方法能有效地在有限的空间内给出质量最轻、刚度最大的支架结构.     

集装箱堆场收发箱管理Multi-Agent系统研究

考虑集装箱码头堆场管理的动态性、复杂性和分布式特点,在对集装箱堆场作业工艺分析的基础上,建立了堆场收发箱管理Multi-Agent系统模型,系统地分析了Agent基本结构和功能,分别基于两级调度策略和翻箱期望最小设计了收、发箱箱位优化Agent,提出了Agent间的通信和协作机制.算例仿真表明该系统能有效改进收发箱管理性能.     

基于板梁扭转振动控制阻尼的压电片拓扑形状设计

针对悬臂板扭转振动主动控制问题,研究了以扭转阻尼为目标的PZT压电片拓扑形状优化技术,给出了反馈控制阻尼系数及其灵敏度计算公式,并采用渐进结构优化设计思想对压电片的拓扑形状进行了优化设计.仿真和分析结果证明了压电片拓扑形状优化设计对抑制扭转振动的有效性.     

装填布局拓扑模式变换的遗传算法

在布局优化中需给出初始点以构成初始布局，用构造非同胚布局拓扑模式的方法给出若干非同的初始布局，是缓解组合爆炸，求得全局最优解或较好的局部最优解的关键。用遗传算法的思想来实现布局拓扑模式变换，生成非同胚布局拓扑模式的不同初始布局。     

基于神经网络-遗传算法的悬臂梁支架系统的优化设计

综合利用有限元方法、正交试验设计法、人工神经网络以及遗传算法对悬臂梁支架系统进行优化设计.试验分析表明,优化后的悬臂梁自由端变形减小,悬臂梁整体基频提高,减少了悬臂梁的弯曲振动,增强其稳定性,达到优化目的.