三维结构虚拟设计方法及其SVDS-Ⅰ型软件系统研制

为了解决三维实体结构虚拟设计中结构的奇异性问题,引进了一种结构优化近似模型,并形成了一种三维实体结构虚拟设计方法.然后,给出了几种典型工程结构和机械结构的虚拟设计实例.设计实例说明了该方法的有效性.最后,介绍了研制的结构虚拟设计软件系统-Ⅰ型(SVDS-Ⅰ)的基本功能、发展和应用前景.     

船体主要结构三维实体模型快速建模方法研究

目前，三维建模方法在众多设计领域中被广泛应用。这里就三维实体建模在船体主要结构建模上的应用进行了研究，介绍了船体结构建模中的数学模型、零件标准库、几何算法等关键技术，并结合甲板结构建模设计实例提出了快速建模方法。     

基于光线投射法的三维有限元网格自动划分

提出并实现了一种基于光线投射法的三维有限元网格自动划分方法，能适用于任意用ＣＳＧ树表示的三维实体．此方法先把三维实体离散成一定形状的体元，再由体元产生有限元四节点四面体网格．最后给出了用此方法划分的两个实例．     

环面蜗杆类零件实体建模研究

针对机械创新设计中具有共轭曲面零件的三维虚拟造型问题，提出了一种基于齿形特征，用于环面蜗杆类零件实体建模的方法．运用共轭曲面的啮合原理进行分析，根据环面蜗杆类零件齿面均由蜗轮轮齿包络形成的特点，由蜗轮齿形特征确定并生成蜗轮轮齿实体(模型)．考虑运动规律，对每个啮合位置的蜗杆实体与蜗轮轮齿实体进行布尔减运算，进而实现环面蜗杆零件的实体建模．在AutoCAD环境下，应用Visual USP语言开发程序，分别以滚柱、滚锥、纵向圆柱包络蜗杆为例进行了实例计算及制图，所生成的实体模型能够真实反映出给定的参数，可用于齿廓形状及尺寸的分析．     

基于灵敏度分析的三维实体结构优化

介绍了二次规划迭代优化法和基本敏 度分析的三维产维实体结构优化方法,编制了通用三维实体结构优化设计软件,通过算例表明,本软件实用可靠。     

高墩大跨径桥梁稳定性

在高墩桥梁的设计和施工中，稳定性问题非常重要，利用实体退化，对高墩桥梁进行了三维有限元稳定性研究，对施工中的各种风荷载，主墩稔及主梁一侧失重等情况进行了分析，给出结构面向，面外的多阶失稳模态，实例表明高墩桥梁结构稳定性主要跟施工节段有关。     

装载机正转型工作机构的虚拟设计与运动仿真

对装载机正转型六杆机构进行三维实体建模、运动仿真和干涉检查,并对仿真结果进行分析,实现了正转型工作机构在Pro/E软件环境下的虚拟样机设计,为装载机及其他类型工作机构和相关机械装置的虚拟样机设计提供了一种可供借鉴的方法.     

基于Ordered SIMP插值模型的 点阵-实体复合结构拓扑优化设计方法

为了提高点阵材料结构件的力学性能,提出了一种基于Ordered SIMP方法的点阵-实体复合结构拓扑优化方法.采用一种三维X型微结构单元作为点阵材料,通过数值拟合建立点阵材料相对密度与其等效物理属性之间的函数关系.在宏观结构拓扑优化问题中,以点阵材料等效密度为设计变量,基于Ordered SIMP插值方法建立点阵材料和实体材料相结合的多材料插值模型,进而,以材料体积用量为约束,以结构柔度最小化为目标实现点阵-实体复合结构的多尺度拓扑优化设计.通过数值算例和实验测试表明,相比于仅使用点阵材料填充的设计,本方法能够获得更好的结构刚度.     

基于空间逻辑的仿真实体三维模型重构

根据作战仿真可视化的需求,为提高仿真实体三维模型存储、复用和使用效率,分析了作战仿真实体模型数据管理的优缺点,采用空间逻辑描述和空间逻辑变换,提出了一种新的实体三维模型数据结构和存储方法,设计了三维实体模型快速重构的几何层次与数据结构体系,建立了实体三维模型全局层、集合层、单元层、表面层、顶点层和空间逻辑层,并给出了模型重构的算法。结合某型坦克三维实体模型的重构应用实例,实现了实体各部件的空间逻辑标准化,为作战单元实体仿真三维模型重构提供了一种可行的技术途径。     

并联机床虚拟样机的概念设计

构型设计和尺度设计是并联机床设计的关键。该文针对并联机床虚拟样机开发中的构型设计展开研究,给出了并联机床虚拟样机设计流程和系统结构,提出了并联机床虚拟样机概念设计的集成设计方法,该方法集成了4种相辅相成、互为补充的并联机床构型设计方法,举例说明了设计要求输入、运动分配规划、概念设计、运动学分析设计和三维实体建模仿真等关键问题的解决方案。开发了集成化、可视化的并联机床虚拟样机概念设计软件包。     

正态分布连续体结构可靠性拓扑优化设计

对具有随机参数的连续体结构进行了拓扑优化设计,并考虑了随机参数满足正态分布的可靠性约束,获得优化结构的同时保证了结构的可靠度.根据可靠性理论的一次二阶矩方法,利用随机有限元求解了连续体结构的可靠度,将隐式的可靠度约束转化为等价的常规约束.将模式识别技术的K邻近(KNN)方法引入到连续体结构拓扑优化设计领域,对连续体结构进行了拓扑优化设计.根据该设计方法给出了计算示例,结果表明该设计计算方法是可行的,为工程设计提供了理论依据.     

一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法

为了研究位移和应力约束以及重量最小的结构拓扑优化问题,基于ICM（独立、连续、映射）方法和渐进结构优化方法的思路,提出了一种考虑位移和应力约束的结构拓扑优化方法．在优化迭代循环的每一轮子循环迭代求解开始时,为了控制拓扑设计变量的变化量,依据结构位移、应力量和其约束限,形成和引进了新的位移和应力约束限．研究了位移线性近似式和应力约束转换表达式,建立了单元删除阚值和几轮迭代循环的单元删除策略．为了确保优化迭代中结构非奇异和方法具有增添单元的功能,在结构孔洞和边界周围引入了一层人工材料单元,并建立了一套有效结构信息到结构最大设计域信息的映射转换方法．结合拉格朗日乘子法,改进了子循环迭代中连续拓扑变量的求解方法,形成了一种新的连续体结构的拓扑优化方法．给出的算例验证了该方法的正确性和有效性．     

基于连续统敏度的结构动态形状优化方法

为实现连续体结构动态形状优化设计,运用连续统敏度分析方法,得到了结构体积、固有频率的物质导数. 在此基础上,采用控制点的虚拟位移为设计变量,运用一阶泰勒展开建立优化模型,设置设计变量的运动极限保证了优化迭代的稳健性. 数值算例表明,该方法的实现不必修改有限元源程序,敏度计算所需的有限元分析次数少,适用于各类优化模型.     

轮胎定型硫化机结构优化设计

针对轮胎定型硫化机设计中的实际工程需求，将结构有限元分析技术与优化方法相结合，以硫化机的主要部件横梁为例，研究了硫化机的结构拓扑优化设计和结构尺寸优化设计，讨论了其中的一些关键技术，包括应力和位移约束下连续体结构的拓扑优化、基于离散变量的结构优化设计和敏度分析，工程生产实际应用验证了所述方法的有效性。     

基于分灾模式的高层结构抗震优化设计

简要回顾了结构抗震设计概念的发展状况,讨论了基于分灾模式的结构抗震设计概念;建立了基于分灾模式的结构抗震设计模型;并结合钢筋混凝土高层结构进行了分灾设计。结果表明,与普通设计相比,分灾设计在投资－效益、大震作用、最弱层层间变形指标等方面,都有不同程度的改善。     

多层框架结构区间优化新方法

多层框架结构的设计参数受测量或加工精度影响往往具有一定的误差或不确定性.针对设计参数具有不确定性的多层框架结构,提出一种区间优化新方法.用区间数表征框架结构的不确定设计参数,通过优化框架结构响应区间值的上界,将区间优化问题转化为近似的确定性优化问题.将结构响应Taylor展开式中的一阶导数也看成区间的,可得到框架结构响应更加准确的变化范围. 选择区间设计参数的中值和半径为优化变量,可以得到比传统确定性结构优化更多的优化信息.对一典型四层框架结构进行了具有频率约束的区间优化.结果表明,区间优化不仅能得到与传统结构优化大致相同的设计参数最优值,还能得到当实际工程问题中设计参数取不到理论最优值而有微小波动时,框架结构响应的变化范围,为框架结构的可靠性分析提供理论依据.     

面向车身结构轻量化设计的水平集拓扑优化

提出了一种基于水平集拓扑优化的车身结构轻量化研究方法,该方法非常适合于处理车身结构设计中大量存在的多孔连续性结构体的拓扑优化.运用构造的基于水平集的数值方法,对车身近似二维的典型结构件发动机罩内板进行拓扑优化.结果表明,基于水平集的拓扑优化方法应用于车身结构轻量化研究是可行和有效的.     

应用二阶灵敏度修改结构固有频率

提出了一种用二阶灵敏度修改结构固有频率 (特征值 )的算法 ,修改量是结构的设计参数 .引入二阶灵敏度主要是为了提高估计精度 ,通过非线性优化方法求解满足给定特征值要求的设计参数的变化量 .数值算例表明 ,所提出的算法在特征值修改量达到 2 0 0 %时仍有满意的精度和收敛性     

连续体结构拓扑优化设计的ICM方法

基于独立连续拓扑变量及映射变换（ＩＣＭ）的拓扑优化方法应用于连续体结构,建立了统一的以重量为目标、考虑应力约束的连续体结构拓扑优化模型．提出基于综合评价的高效单元删除准则及算法．给出的经典的二维和三维连续体结构拓扑优化算例表明,这种统一的模型由骨架结构发展到连续体结构的拓扑优化也是成功的．该方法具有算法简单、收敛速度快和稳定性好等优点     

自适应渐进结构优化法的调节阀结构研究

传统渐进结构优化法的参数删除率和进化率保持固定,降低了优化过程收敛速度和结构稳定性.文中通过构造一种基于罚值选择与结构信息的参数自适应算法,使得参数随优化迭代过程进行而变化.分析典型算例结果,合适选择罚值的参数自适应渐进结构优化方法解决了传统渐进结构优化方法中参数固定且难以选择的问题,提高了优化过程中优化速度与结构稳定性.将此方法应用于调节阀设计,优化后调节阀刚度提高10%,说明参数自适应渐进结构优化方法可高效拓展至三维结构优化,并为阀门类结构设计提供参考.