基于杂交元和变密度法的连续体结构拓扑优化设计

将杂交元推广于结构拓扑优化设计,推导了拓扑优化中数值计算和敏度分析的基本方程,对等参元和杂交元的拓扑优化结果进行了对照,最后的优化布局表明：使用杂交元能得到较好的拓扑优化结果,再实施过滤技术,优化结果会更加精致。杂交元不仅能提供更高精度的拓扑优化结果,而且还能进一步克服等参元难免的棋盘格式问题。     

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...     

基于密度法的传热结构拓扑优化设计

传统的传热结构设计一般是基于热力学计算及工程经验,然而这种方法很难解决复杂边界条件的传热结构的设计问题.采用传热结构拓扑优化设计方法可有效解决传统设计方法难以解决的复杂边界问题.以密度法为基础,建立了散热弱度为目标函数的传热结构拓扑优化数学模型,推出了满足KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件的最优准则法迭代公式.采用高阶单元的方法消除了优化过程中的数值不稳定现象.通过Dirichlet边界和Neumann边界不同组合下的数值算例,验证了算法的有效性.薄壁管的算例也表明,该算法也适用于三维壳体问题.     

连续体结构拓扑优化的过滤变密度法

为了解决经典变密度法存在的灰度单元收敛过慢以及优化结果灰度单元过多问题,引入带灰度过滤函数的变密度法模型.根据过滤函数的性质,给出了2个带可调参数的过滤函数模型.通过经典MBB梁优化算例,比较过滤函数对灰度问题的改善效果,分析了参数对优化目标的影响并给出了合理的参数选择模式.计算结果表明了此方法的合理性和有效性.带灰度过滤函数的变密度法一方面使得优化结果具有较好的0—1清晰性;另一方面,过滤函数加快了灰度单元的收敛速度,从而减少了优化收敛所需的迭代次数.     

基于变密度法的电解加工机床结构优化设计

为了提高复杂型面/型腔零件电解加工的精度和质量,开展了可实现直线和旋转复合进给运动的卧式电解加工机床的优化设计工作。使用UG软件对卧式机床进行三维建模,并将简化后的机床模型导入ANSYS Workbench软件中进行静力学分析,依据变形分布云图和应力分布云图分析机床结构刚度;对运动台结构进行模态分析,确定前6阶固有频率和振型,并采用变密度拓扑优化方法进行优化设计;最后,在考虑结构工艺性的基础上进行了结构再设计,实现了机床的轻量化设计目标。所研制出的电解加工机床具有足够的刚度和稳定性,可以满足实际加工的要求。研究结果对电解加工机床的设计应用具有一定的参考价值。     

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.      

基于RAMP密度插值理论的拓扑优化准则法

在研究密度插值法理论和拓扑优化准则基础上,以结构整体柔度最小为目标,推导了基于RAMP插值理论的优化准则,并实现优化准则的迭代算法,二维算例说明了算法正确性、有效性。     

基于密度法的热传导结构拓扑优化准则算法

热传导结构优化设计研究主要集中在形状及尺寸优化方面，这类方法由于结构初始估计构形带有经验性，通常并不是结构的最优拓扑，使设计具有局限性；为了有效求解热传导结构的最优拓扑，将结构力学中成熟的拓扑优化思想及其方法拓展到热传导结构的拓扑优化设计中，同时以最小热量传递势容耗散为优化目标，基于密度法建立热传导结构拓扑优化设计数学模型，并推导相应的优化准则；计算过程中应用基于卷积的滤波技术处理迭代密度场，消除数值计算不稳定性；不同条件下的数值算例验证了本文思想和算法的正确性、有效性，所得拓扑优化结果为后继的形状和尺寸优化提供了可靠的依据．     

整体叶盘磨抛机床叶片型面磨头结构拓扑优化设计

针对航空发动机整体叶盘磨抛机床叶片型面砂带磨头结构的轻量化设计目标,对磨头支撑板开展变密度法拓扑优化设计.在完成磨头静动态分析的基础上,进行了变密度法拓扑优化理论分析.以磨头支撑板最优材料分布为基础,对磨头结构开展轻量化布局以及尺寸优化,获得了最终的磨头结构设计参数.结果表明,优化后磨头质量总体来说相比原始结构减轻了8.74%,并在动静力学性能方面获得了较为理想的提升,较好地实现了磨头结构减重优化设计目标.     

基于HyperWorks/OptiStruct的辐射制冷支撑结构拓扑优化设计

辐射制冷器是一种通过向空间环境辐射热量而获得冷量的被动制冷装置,具有寿命长、无功耗、无干扰等突出优点,因此广泛应用于红外探测系统。辐射制冷器支撑结构的设计是总体设计中的关键。基于HyperWorks/OptiStruct平台并结合拓扑优化技术完成了辐射制冷器支撑结构的设计,最终的设计结果为结构基频95Hz,辐射制冷器中心对安装底面的频响放大倍数最大值为3.7,满足系统要求。     

基于影响区域节点密度插值的结构拓扑优化方法

变密度法是结构拓扑优化中一种常用的处理方法,但在优化过程中会出现棋盘格、网格依赖性、灰度单元等数值不稳定现象.为解决单元变密度法中出现的棋盘格问题,在优化过程中引入节点密度作为设计变量.在提出基于影响区域节点密度插值优化方法的同时,给出了一种基于等密度线的后处理方法.计算结果表明该方法在消除棋盘格现象的同时,处理了网格依赖性问题,并消除了结果中的灰度单元现象.     

干片式制动器支撑结构的拓扑优化方法

提出了一种干片式制动器支撑结构的拓扑优化设计建模方法.基于变密度法,以支撑结构关键控制点位移最小为目标函数,建立了优化模型.通过设定关键点与其对应目标坐标之间的距离最小达到控制支撑结构关键位置变形的目的.采用关键点的权重因子来突出优化目标的主次关系.分析了三种不同设计域情况下支撑结构的拓扑构型,研究了约束条件对拓扑结构的影响规律.支撑结构优化支柱表现为一个复合孔槽结构,右下角为类三角形的通孔并且在外表面为较大的浅槽结构.结果表明在体积减少量增加的情况下,支撑结构的最大变形和最大应力会随之增加.在最大变形不变情况下,体积减少了10.2%;在体积相当的情况下,最大变形减少了9.4%;在体积减少6.0%的情况下,最大变形减少了4.1%.      

渐进结构优化方法在联轴器优化设计中的应用

针对联轴器优化设计中普遍关注的结构轻量化和最大应力最小化问题,借助Hyperworks 有限元分析软件,采用渐进结构优化方法,对SSWZ330 型十字轴万向联轴器进行了结构拓扑优化设计。优化后,可使材料节省9． 17%,工作时最大静应变减少2． 3%,最大应力减少52． 1%,改善了结构性能,减轻了结构重量,拓展了Hyperworks 软件在机械部件结构拓扑优化设计领域的实际工程应用。     

结构拓扑优化中水平集方法的快速初始化研究

水平集方法是求解结构拓扑优化问题中的一种有效方法,该方法主要缺陷是每隔一定时间需要重新初始化水平集函数.因此,本文提出了一种基于偏微分方程和快速步进法的初始化算法.所提出的算法能够区分任意形状的闭合曲线或曲面的内外部,改进了以往初始化算法的数值不稳定缺陷,从而使水平集方法的计算效率和稳定性有了显著的提高.最后,通过算例验证了该算法的有效性.     

基于耗散极值原理的渐进结构成长方法

目前的传热通道设计普遍使用的是传统密度法,密度法有一个不被大家重视的问题就是伪密度问题.因为使用伪密度,每一个单元导热系数都不是真实存在的,当将这些单元筛选后,和真实值存在差异.针对此问题提出了基于火积耗散极值原理的渐进结构优化方法,通过比较分析,采用以生长为主退化为辅的策略,整体火积耗散在3个不同算例下比密度法筛选后的结果分别小了14%,24%,9%,即先生长后退化的双向渐进结构优化方法在真实情况下是一种比传统密度法更优秀的优化方法.     

结构拓扑优化理论及其在桥梁结构找型中的应用

从物理模型、数学模型和优化算法三个方面系统阐述了结构拓扑优化的基本原理.通过实例介绍了应用拓扑优化技术进行桥梁结构找型的方法,并展示了拓扑优化中结构衍化过程及优化结果.针对目前结构拓扑优化技术运用在桥梁找型中所面临的困难,探讨了未来研究的方向.研究表明,结构拓扑优化方法可以在桥梁概念设计阶段得出合理而新颖的结构形式,在桥梁找型方面具有良好的应用前景.     

基于等几何分析的参数多孔结构拓扑优化

利用等几何分析方法求解薄板多孔结构最小柔度拓扑优化问题,在材料均匀分布的设计域中实现最佳的特征参数分布,以提高薄板多孔结构的力学性能.通过三向周期极小曲面(TPMS)设计多孔单元,并分析多孔单元特征参数与材料分布间的关系.该方法以多孔单元特征参数为优化变量求解优化问题,保证了静力平衡分析过程中应力函数的连续性,提高了计...