多工况及动态连续体结构拓扑优化中的工程约束技术

在对经典算例研究的基础上,引入一种工程约束技术来改善多工况和动态连续体结构拓扑优化结果的合理性,该方法是在半径过滤法的基础上增加工程约束条件. 数值结果表明,利用工程约束控制技术能很好地解决拓扑优化中结果的合理性及可设计性问题,拓扑优化下的结构材料分布具有明显的一致性特征.      

车架结构二次拓扑优化设计与性能分析

针对重型车底盘车架的设计问题,提出一种基于多工况和二次局部优化的整体拓扑优化方法.根据商用车底盘实际尺寸,建立其结构拓扑优化模型.基于7种典型行驶工况得到初始拓扑结构,再根据不同工况对其局部二次拓扑优化得到最终车架优化结构,最后对其进行有限元仿真对比分析.结果表明:新车架结构质量减轻约30 kg,其刚度、强度及模态性能与原车架相比均有一定程度的改善,验证了所提出的二次拓扑优化方法的有效性.     

汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化方法研究

为解决汽车变速器壳体多工况拓扑优化适应性问题,提出一种基于折衷规划拓扑优化理论的汽车变速器壳体多工况自适应性拓扑优化思路.以某前横置变速器壳体为研究对象,以刚度最大、柔度最小为优化目标,借助Hyperworks分析软件,开展变速器壳体折衷规划自适应拓扑优化设计方法研究.经有限元分析验证,运用折衷规划拓扑优化方法形成的变速器壳体结构设计模型,在一/倒档两典型工况下的目标函数都逐渐收敛于最小值,各档位柔度均达到最小,可同时满足汽车各工况下变速器壳体强度可靠性要求.应用实践表明,折衷规划拓扑优化法是一种有效解决复杂结构体多目标优化问题的可行方法.     

考虑多缸静动态特性的柴油机缸体拓扑优化

针对极限单工况拓扑优化结果无法保证多缸缸体在其他工况下的力学性能问题,基于层次分析法,提出一种综合考虑多缸静动态特性的缸体多目标拓扑优化方法.在分析缸体静态特性、模态的基础上,确定缸体的最恶劣工况及各工况下缸体的拓扑优化空间;考虑缸体的静态多工况刚度和动态多阶固有频率,构建包含12个权重因子的缸体拓扑优化多层次结构模型...     

基于可靠性的结构动态拓扑优化方法

实际工程结构设计往往在确定性范畴内进行,所得结构存在较大失效可能性.基于此,提出一种基于可靠性的连续体动态拓扑优化方法,将结构可靠性分析方法嵌套到连续体拓扑优化中.考虑了结构几何尺寸和材料体积的不确定性,并用高斯分布来度量.将结构可靠度作为约束嵌套到连续体拓扑优化中,属于二次嵌套优化问题,但计算效率低下,不适于工程应用.提出一种解耦策略将结构可靠性分析从连续体拓扑优化中解耦出来,使结构可靠性分析与动态拓扑优化为两个独立的优化循环,大大提高了计算效率.建立以结构基频最大为优化目标,满足一定体积约束和可靠度要求的优化问题,利用各向同性材料惩罚模型(SIMP)和移动渐进方法(MMA)求解该优化问题.所提方法可以得到满足不同可靠度要求的一系列最优结构,并用标准算例验证其有效性.     

动响应约束下阻尼材料配置优化的拓扑敏度法

提出阻尼胞单元和阻尼拓扑敏度等概念，建立了基于阻尼拓扑敏度综合评价的阻尼材料拓扑优化准则，并用于频率和动响应约束下自由阻尼层结构阻尼材料的配置优化。讨论了阻尼材料拓扑基结构的规模与优化效率的关系。通过典型算例验证了所提出方法的正确性。     

多工况下SF33900自卸车A型架拓扑优化设计

文章通过多体动力学分析,得到SF33900自卸车A型架的前横拉杆和前牵引节头的受力大小和方向,选择其中最恶劣的一种工况载荷施加于A型架有限元模型上,用有限元方法计算出A型架应力,与实验测试的A型架应力相比较,应力误差在允许的范围之内,验证了有限元模型的准确性;在此模型的基础上建立拓扑优化模型,用拓扑优化模型在应力约束下进行多工况拓扑优化,优化后的A型架应力分布均匀,质量减轻6.9%,最大应力减小17.8%。     

分子加权图的拓扑结构

分子加权图和色图是把简单分子图所给出的拓扑性质加以物质化     

动态拓扑结构的多目标粒子群优化算法

介绍了一种动态拓扑结构的多目标粒子群优化算法(dynamical topology multiple-objective particle swarmoptimization,DMPSO).给出了一种新的储备集更新策略,定义了支配度和邻域拥挤度及粒子差异度的概念,根据支配度及邻域拥挤度的大小来决定储备集的更新,增强了解的多样性和均匀性.为了防止早熟收敛,结合邻域拥挤度和粒子差异度,给出了一种拟小世界动态拓扑邻域结构来平衡粒子的全局搜索能力和局部搜索能力.最后通过对几个例子的数值实验说明算法的可行性,并通过成功地应用在实际工程问题上说明方法的有效性.     

类桁架结构的多工况应力约束拓扑优化设计

以纤维结点处的密度和方向作为设计变量,迭代过程中将纤维方向调整到主应力方向,有效地避免单元铰接和棋盘格现象.采用三角形单元进行有限元的分析,克服矩形单元对不规则区域划分单元的局限性.采用各向异性材料模型模拟类桁架杆系结构,优化结果用纤维密度连线表示,与实际的杆系结构具有十分相似的对应关系,便于制造.通过典型的算例,证明该方法的有效性和准确性.     

RSS拓补结构机座的动态优化

以燃气轮机透平端RSS(旋转对称支承板)机座为研究背景,通过用D’Alembert原理建立了RSS机座的拓补优化域和等价边界条件,从而实现了用均匀化方法的RSS机座拓扑结构优化,得到了旋转对称的弧形支承板拓扑结构的机座.然后,结合原来RSS机座的机构特征在ANSYS workbench中建立了RSS拓补结构光滑有限元模型,并进行了工作条件下的模态分析,以前三阶模态振型中轴承座的振型作为当量静载荷加载到原模型对比计算,验证边界条件的正确性.以RSS机座弧形支承板的四个关键尺寸为设计变量,以机座的变形量和应力为目标函数,进行了随频率变化的动态优化设计.通过优化改变了RSS拓补结构的动态特性,使固有频率远离了工作频率.     

涉及恒载和活载的桥梁结构拓扑优化设计

桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在其结构的拓扑优化过程中必须考虑载荷的变化．为了解决桥梁结构拓扑优化的应用问题,首先给出了桥梁结构的优化数学模型,结构活载采用效率活载替代;而后导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的位移灵敏度公式,建立了考虑应力和位移要求的多约束三维结构优化算法．给出的两个拱桥仿真算例验证了方法的有效性和正确性．     

不同荷载工况下钢筋混凝土深梁的拓扑优化设计

为探讨不同荷载工况对钢筋混凝土深梁拓扑优化的影响,同时改进当前深梁设计方法,采用渐进演化类拓扑优化算法寻求钢筋混凝土开洞深梁在不同集中加载工况和荷载集度工况下的最优拓扑结构,再依据这些最优拓扑结构建立相应的压杆[CD*2]拉杆模型,并分析这些最优拓扑结构和压杆[CD*2]拉杆模型的差异。结果表明：压杆[CD*2]拉杆模型均为较符合满应力分布的Michell结构;集中荷载作用在梁顶时,荷载从加载点通过最短直线压杆以压力的形式向支座传递;集中荷载作用梁腹和梁底时,荷载则通过伞状拉杆悬吊在主压拱上,再向支座传递;随着荷载集度降低,最优拓扑结构向拱或拱[CD*2]组合压杆的组合体系演化。在工程设计中,对于不同荷载工况条件下的钢筋混凝土深梁,可以参照最优拓扑结构在内部有针对性地设计隐藏的受压加强构件或受拉钢筋。     

汽车前轮定位参数优化设计

以多体系统动力学理论为基础,建立了某微型汽车前悬架的多体系分析模型,采用了一种即包括典型工况下前轮定位角度值与理想值偏差又限制车轮整个跳动过程中各定位参数的波动量的优化目标函数的统一数学表达式,对原悬架系统进行了优化,计算并分析了优化前后的前轮定位参数随车轮上下跳动的变化规律,分析结果和实际使用均表明改进后的前悬架系统具有良好的性能。     

荷载工况多目标下钢筋混凝土深梁的拓扑拉压杆模型设计

为了提高钢筋混凝土深梁构件配筋设计方法的合理性,选用遗传演化结构优化算法,并延伸出荷载工况多目标下的应用方式,同时基于拓扑解构建拉压杆模型,衔接拓扑优化与工程设计环节,建立荷载工况多目标拓扑拉压杆模型。采用两个深梁数值算例验证了该模型的可行性和稳定性。从建立拉压杆模型的角度以其力学特性出发,将荷载工况多目标优化的拓扑解分别与各荷载工况单目标优化解、其弹性叠加结果,以及所有荷载工况共同作用下的单目标优化解进行比较,证实了新模型更契合深梁类构件的受力特性,具有更佳的全局寻优能力。荷载工况多目标遗传演化结构优化可以有效解决多目标优化中的病态荷载问题,依据其建立的拉压杆模型直观可行,可以为钢筋混凝土深梁设计提供参考。     

磨矿过程磨机负荷的动态寻优控制

磨矿是选矿厂动力消耗最多的一个作业,磨矿过程对选矿的经济指标影响很大。磨矿系统具有机理复杂、强耦合、过程影响因素多、非线性、大滞后和时变性的特性,因此常规控制方法的效果都不太理想。提出了采用极值动态寻优的优化算法,能够实现对磨机负荷的合理控制,使磨机工作在最佳负荷点,从而提高球磨机的工作效率,提高磨机产量。