基于自适应网格的结构拓扑优化

研究了基于自适应网格技术的结构拓扑优化.采用有限元离散设计域,单元节点密度作为设计变量.优化迭代过程中,根据设计域密度场信息对结构网格进行自适应加密和稀疏,使得材料分布边界处的网格加密,远离材料边界处的网格稀疏.同时,优化设计变量空间也随着网格的变化而变化.给出了拓扑优化中网格自适应加密和稀疏的准则,以及网格变化时结构密度场更新算法.算例结果表明提出的拓扑优化策略可以减少结构分析和优化求解的计算量,在同等结构分析和优化求解计算量下能够得到更好的拓扑结果.     

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.      

渐进结构优化法在桥梁找型中的应用

介绍了结构拓扑优化方法的基本理论,详细阐述了双向渐进结构优化法的原理和优化过程,并根据双向渐进结构优化法编制了基于ANSYS平台的结构拓扑优化程序.模拟现有桥梁结构和构件的边界条件,应用该程序求解二维平面拓扑优化问题,分别完成了不同矢跨比拱桥、悬索桥主缆以及斜拉桥桥塔的拓扑优化.拓扑优化过程中结构可经历多种拓扑形态,优化结果表明应力均匀、传力流畅,从而验证了自编程序的有效性.最后,将该程序从二维平面拓展到三维空间,实现一座峡谷桥梁的三维拓扑优化,并基于优化结果的拓扑形式完成了其概念设计方案.研究表明结构拓扑优化技术可以在桥梁概念设计阶段得出合理而富启发性的桥梁结构形式,在桥梁找型方面具有良好的应用前景.     

基于拓扑优化方法实现桩筏基础的变刚度调平

基于连续体拓扑优化理论,对双向渐进结构优化(BESO)法进行改进,使其适用于在概念设计阶段的桩基优化设计,实现了对采用摩擦桩的桩筏基础的变刚度调平.基于该方法,在ABAQUS有限元软件中对筏下桩基模型进行优化设计:选择桩长为设计变量,以减少基础差异沉降为目标,优化过程采用位移准则及体积约束,通过有限元分析决定须删除的低效单元,经过若干迭代步后得到优化结果.结果表明该方法能够获得合理的筏下桩基布局:在80%的目标体积约束下,可以降低30%的差异沉降,同时能够充分发挥桩间土的承载力,减少了桩基材料的用量.     

计算机辅助有限元建模与结构优化

分析了机床箱型零件有限元网格的特点，使用分级模块的概念可以解决平面上单元网 格生成的问题，然后利用三维排序和查找解决三维结构的生成有限元网格和定义边界条件的问 题。模块法生成网格，可以减少所需输入数据的数量。如果在结构优化过程中使用这种方法，同 样也能减少有限元建模和分析计算的时间。     

有限元平面三角形网格的优化

本文对有限元平面三角形网格优化的基础上，系统地提出了“结构优化”的概念，并对以往的网格光顺算法做了改进，提出了一种将结构优化和位置优化相结合的网格优化方法，弥补了以往的优化方法中对结构优化的忽视，使网格优化更加完善。     

自适应多重网格有限元求解应力集中问题

基于Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ—Ｚｈｕ误差估计方法、自适应策略以及分子表结构，本文实现了自适应多重网格有限元程序．计算结果表明，自适应多重网格有限元求解应力集中问题具有精度高、速度快的特性．     

自适应多重网络有限元求解应力集中问题

基于Ｚｉｅｎｋｉｅｗｉｃｚ－Ｚｈｕ误差估计方法，自适应以及分子表结构，本文实现了自适应多重网格有限元程度，计算结果表明，自适应多重网格有限元求解应力集中问题具有精度高、速度快的特性。     

基于有限元的天平校准系统基座结构优化设计

在Solidworks环境下建立三维模型,运用有限元软件对基座结构进行动、静态性能分析,得到初始模型的性能参数.以最小质量为目标函数,以刚度、应力和频率为约束条件,建立数学模型.提出一种基于渐进结构优化法的拓扑优化方法,引入过滤函数来解决拓扑优化过程中容易出现的数值不稳定、数值分布呈棋盘模式的现象,保证计算结果的准确性.对拓扑优化后的模型重新分析计算后发现,其性能依然优异,基频提升26.7%,质量减少5.8%.     

基于人体结构断层图像的三维建模与网格剖分优化

建立了基于断层图像的近似于人体真实结构的三维表面模型,并根据曲率优化网格,优化了有限元计算的前处理,以利于临床力学研究。基于Delaunay三角剖分等相关理论,从临床计算机断层、磁共振和可视人切片等二维断层图像提取轮廓散点,按照层结构有序排列的特点,重构三维表面模型。再根据人体真实结构表面曲率的不同,调节和控制网格精度。曲率大的地方细化网格,曲率小的地方稀疏网格。实现了多分辨率建模和自适应剖分。     

科学与工程应用中自适应网格方法进展

 自适应网格方法是科学与工程应用中的关键技术之一。基于拉格朗日方法计算过程中网格的处理方式,论述了耦合型和后处理型两种自适应网格类型。在耦合型自适应网格方法下,论述了网格细化技术、移动网格和自适应坐标法。在后处理型自适应网格方法下,描述了网格重分、邻域重连、邻域可变和邻域优化等自适应网格技术。对各种自适应网格方法的基本理论、效果、适应物理特征能力和特色等优缺点进行了分析与对比,为使自适应网格技术真正走向科学与工程领域提供了参考。     

一种求解N-S方程的自适应直角网格方法

提出了一种用直角网格表达背景、切削网格表达边界的非结构化自适应直角网格方法.该方法采用四叉树保存网格数据,将切削简化成6种类型,用速度的旋度和散度作为自适应加密标准,从而可实现任意二维区域网格的自动生成和自适应加密.通过将极小网格边界化处理,利用SIM-PLE算法处理速度和压力的耦合,实现了该网格上N-S方程的离散和求解.算例表明,该方法网格生成简单,可以用于任意形状上的流动和传热模拟,相比非自适应方法,用一半的网格数目即可达到相同的计算精度.     

有限单元法的非结构化网格及其自动生成

本文介绍了有限单元法非结构化网格的基本原理及其自动形成方法。由于有限元法是一种离散的数值求解方法，其近似求解方法的精确度，很大程度上取决于所形成网格的质量。另外，对于工程中一些形状复杂的问题，一般的网格生成方法很难对其进行离散。非结构化网格及其自动生成，使复杂形状的工程问题容易地进行离散，改善所形成网格的质量，提高近似计算的精确度，并且在有限元网格修正自适应分析中具有重要作用。     

自适应网格在鼓泡塔内气液两相流仿真的应用及实验验证

研究了一种鼓泡塔反应器,气体从鼓泡塔边壁注入与鼓泡塔内的液相发生反应。为准确展现鼓泡塔内气泡形状和分析近壁效应,运用试验和仿真两种方法深入研究鼓泡塔内气液两相流动。试验结果验证了多相流仿真模型的可行性;同时证实了自适应网格的优越性。相比于多面体网格、裁剪网格、结构网格,自适应网格通过自动加密气泡周围的网格提高仿真精度,改善气液两相流中气泡形状(橄榄状),细化气泡直径范围(1~40 mm),准确地捕捉近壁效应区间(6 cm)。可以为同类别研究提供参考依据。     

铸造系统热应力有限元法适应性分析

本文以块平衡恢复方法对铸造系统凝固过程中的热应力进行误差估计, 并适应性化分网格． 方法简单, 收敛性较好, 适于任何形式的有限单元     

一种自适应RKPM方法在动态大变形计算中的验证及应用

从无网格方法中的插值误差出发,建立一种有效的误差估计模型,在高误差区运用基于全四边形背景积分网格顶点插值的节点加密方案,得到新点的位置坐标.将这些算法应用于无网格再生核质点方法RKPM中,对多孔弹塑性板材拉伸中的剪切带的形成进行了自适应无网格分析,并通过验证数值解精度的通用标准试验(benchmark test)方法验证了该算法的精度及可行性,计算结果表明该算法能大大提高计算精度,并能准确地捕捉到剪切带的分布.     

一维双曲系统的网格自适应算法

文章基于一类Godunov型的中心-迎风算法构造了根据解的局部性质调整网格疏密程度的自适应算法;提出了一个新的光滑探测器用以检测光滑区域和间断区域;该探测器简单实用,数值实验证明光滑探测器能很好地捕获间断区域;同时,分析了自适应算法的误差以及提供了该算法相关步骤的理论证明,理论分析表明,对于阶数r≥2的算法,网格自适应算法能减小误差。     

数值流形法局部网格加密算法

数值流形方法中网格加密是提高精度的方法之一,全局加密会严重导致计算效率低下,因此需要研究在数值流形法中覆盖系统网格局部加密.提出了数值流形法一到四级局部网格加密,可以根据实际情况需求自主选择网格加密等级进行计算分析.在数值流形法覆盖系统生成的算法基础上,采用C++面向对象编程技术开发程序.最后绘制裂纹分析数值算例计算后的位移图.结果表明:按照一到四级加密顺序对需加密区进行网格加密后,应力强度因子(stress intensity factor,SIF)与解析解误差均在5％以内,且符合加密越精细、计算结果精度越高的规律.可见此局部加密算法有效.     

基于HB样条的平面大变形结构动力学等几何分析

为实现大变形结构动力学问题中的网格自适应算法,研究了等几何分析中的层次B样条（HB样条）基函数构造以及多层贝塞尔提取方法问题,并将多层贝塞尔提取方法用于HB样条建模分析以实现形函数的统一.同时,采用超收敛修复方法（SPR）获得修复应力作为参考值,通过误差估计获取系统的能量范数误差,给出网格细化区域.最后,通过带圆孔平板静力学与平面大变形结构动力学算例,验证了基于HB样条等几何分析方法的有效性和准确性.