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。     

基于频率约束的连续体拓扑优化方法的研究

基于有限元方法,探讨了单元对系统特征频率的敏感度分析方法,得到了对系统特征频率贡献最小单元的敏感度计算公式.建立了以第1阶固有频率为约束,以结构件质量最小为目标函数的优化模型.在算例中通过对结构件进行有限元模态分析和试验模态分析,保证了模型的正确性.在分析的基础上,根据结构设计的要求,采用Optistruct对结构件进行了拓扑优化.通过拓扑优化,在理想状况下,结构件的质量大幅度地减小,获得了满足设计要求的结构件材料的重新分布图.     

基于拓扑优化与灵敏度分析的客车车身轻量化研究

文章以某半承载式客车为例,建立车身拓扑优化模型,综合考虑车身弯曲刚度和扭转刚度,进行拓扑优化设计;对拓扑优化后的车身结构进行灵敏度分析,优化车身杆件的厚度,经拓扑优化、灵敏度分析,车身减轻质量362kg,达14.6%,取得良好的轻量化效果。     

正交各向异性弹性力学的准凸重构核粒子法

结合控制方程的伽辽金弱式,将准凸重构核近似应用于正交各向异性弹性力学问题,推导了相关公式,建立了正交各向异性弹性力学问题的准凸重构核粒子法.编制了相应计算程序,并通过数值算例对本文方法的数值精度和计算效率进行了对比分析.数值结果表明:相较于无单元伽辽金方法和传统重构核粒子法,本文方法的形函数正性略好、数值精度更高;形函数计算时间是传统重构核粒子法的1.01倍.     

基于拓扑优化方法的安静结构设计

以结构表面辐射声功率最小为设计目标,以材料体积密度为设计变量,采用拓扑优化方法,研究复合材料安静结构设计方法问题.将结构辐射声功率表示为一个正定的厄米特二次型,从而将目标函数的灵敏度转化为结构的动力学灵敏度和阻抗灵敏度2部分.提出了一种扩展SIMP模型用于复合材料弹性结构的拓扑优化设计.数值结果表明,结构表面辐射噪声得到明显降低,拓扑优化方法能够很好地用于安静结构设计.     

Winkler地基上中厚板计算的重构核粒子法

重构核粒子法(reproducing kernel particle method,RKPM)是一种基于核函数近似的典型无网格方法.以RKPM法插值形函数为基础,基于Mindlin中厚板理论,建立Winkler地基上中厚板弯曲挠度的RKPM法求解控制方程,编制相应的计算程序,算例分析表明该方法有效可行.     

不同边界对梁结构的形状拓扑优化及对比

本文讲述了结构优化设计的必要性,并介绍了主要优化方法和了常用的拓扑优化方法。基于均匀化拓扑优化方法,建立了以体积为目标函数,在不同边界下,梁结构的不同布局的拓扑优化模型。借助于ANSYS软件平台,利用APDL语言实现了研究所运用的优化算法,数值算例验证了该方法的可行性和有效性,减少了设计变量的数目,提高了求解效率。     

基于变密度法的结构强度拓扑优化策略

基于变密度法的结构强度拓扑优化中,优化结果存在灰度单元,导致结构应力水平难以准确预测,后处理前后结构应力水平变化较大.该研究通过采用基于过滤-投影的结构参数化方法,实现在迭代优化过程中结构中间密度单元比例不断下降.通过研究结构比强度问题主要优化参数对寻优过程、优化结构强度的影响规律,提出了先结构拓扑优化、后近似形状优化...     

基于柔度曲率曲线拟合的薄板结构损伤识别研究

提出了基于柔度曲率多项式曲线拟合的损伤识别方法,并用该方法对薄板结构进行损伤研究。采用有限元软件ANSYS进行模态分析,得到损伤薄板的模态振型和固有频率,进而得到X方向和Y方向柔度曲率,然后分别在X方向和Y方向进行多项式曲线拟合。基于拟合值与原始值的差值构造新的损伤指标。数值算例的结果表明,基于柔度曲率多项式曲线拟合的方法相比仅采用柔度曲率矩阵的方法能够更好地进行平板损伤定位,同时相比柔度曲率差等需要结构损伤前后模态数据的损伤识别方法,该方法不需要用到结构损伤前的模态数据,可以运用于难以获得健康结构的模态振型数据的结构损伤识别中。     

基于有限体积法的稳态热传导结构拓扑优化

针对散热结构拓扑优化设计的研究现状,提出一种基于有限体积法的稳态热传导结构的拓扑优化设计,构建两种区域离散策略,即内节点法和外节点法.借助变密度法拓扑优化理论,建立以散热弱度为目标函数的稳态热传导结构的拓扑优化数学模型,研究在第一、二和三类边界条件下的优化问题.算例计算结果表明,基于不同区域离散格式外节点法和内节点的拓扑优化设计均能有效改善结构的散热效果,且能获得良好的拓扑优化构型,对微热源的影响也能识别最佳的散热路径.      

无网格方法在动力学中的应用

再生核质点法是近几年研究出的一种新型无网格方法,该方法具有只需要质点信息无需划分单元的无网格特性,具有计算优势.介绍了再生核质点法,并将其应用到非线性动力学研究.动力学过程涉及多重非线性,假设动力学中变形属于小变形情况,同时考虑材料非线性的前提下,通过引入增量型的材料本构模型,采用完全Lagrangian计算格式,推导了动力学的再生核质点法计算控制方程.通过算例验证了该方法在动力学问题中的有效性.     

RKP无网格法求解集中力作用下的悬臂梁

以Fourier变换和索伯列夫空间理论为基础，首先给出RKP（再生核粒子）无网格法的数学理论的推导，在此基础之上，将RKP无网格法应用到集中力作用下的悬臂梁，然后将本文得到的数值解与集中力作用下的悬臂梁解析解和ANSYS解进行比较，从图表知道结果吻合较好，从理论和实用两个方面说明RKP无网格法在工程领域的实用性和良好应用前景。     

弹性薄板弯曲问题的无网格解法

基于弹性薄板的线性弯曲理论和重调和方程的一般解理论构造的基本解,建立无网格法求解薄板弯曲问题的数值计算格式.采用径向基函数近似表示横向分布荷载,获得问题的特解,而齐次解答由基本解的线性组合得到.将边界条件用于确定未知系数,获得可以数值求解的线性方程组.在均布荷载情况下,计算并给出四边简支矩形薄板弯曲解,和解析解进行比较,证明无网格方法的收敛性和计算精度.     

基于拓扑描述函数的结构拓扑优化设计

提出了一种基于水平集方法的结构刚度拓扑优化设计方法.该方法将结构的边界隐式地嵌入到一个高一维标量函数的零水平集模型中,通过一个Hamilton-Jacobi类型的偏微分方程来控制水平集函数的动态运动,从而间接地实现结构边界拓扑和形状的动态演化.偏微分方程中的法向运动速度依据优化目标函数的形状敏度分析结果建立.用有限元法和有限差分法相结合的方法分别实现弹性平衡方程和Hamilton-Jacobi方程的数值计算,并通过一个典型算例证明所研究方法的有效性.     

薄板弹塑性分析的有限梁元法

将薄板的有限元单元用沿其周边的相互刚接的梁元来模拟,把有限个矩形单元变成有限个梁单元,从而把薄板的分析变成刚架的分析,由于梁单元的单刚度统一,故本法应用十分方便,并易于处理复杂的边界条件。     

拓扑优化中两类不同优化数值算法的研究

分析了适用于拓扑优化计算中的两种不同优化数值算法,推导了基于材料密度方法的优化准则法公式和移动渐进优化算法的求解公式．将两类算法分别应用于求解拓扑优化问题,给定了拓扑优化中两类算法的不同适用范围．     

拓扑优化均匀化方法的改进迭代算法

针对大型连续体结构拓扑优化中迭代步过多、计算时间过长的问题,对拓扑优化均匀化方法进行了改进,并通过引入的2个密度阈值来控制计算过程.算例表明,采用改进的拓扑优化均匀化方法可有效减少迭代步数、节省计算时间,且不会影响拓扑优化计算结果.