隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法

为实现多孔单胞构型对多孔结构功能特性的调控,提出隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法。在三周期极小曲面隐式水平集函数中引入罚函数,保证小体积分数下曲面的连续性。对惩罚的隐式函数线性加权构造混合水平集函数,实现多孔结构混合参数化建模。采用数值均匀化法评估多孔结构的宏观等效弹性属性,并通过径向基插值函数构建等效弹性张量关于混合权重因子的显式表达式。以混合权重因子为设计变量,建立柔度最小化拓扑优化模型并采用优化准则法求解。引入Heaviside函数建立高阶连续插值模型,保证梯度多孔结构的高阶连续性。数值案例和实验结果表明,相比于均布多孔结构,所设计的梯度多孔结构的鲁棒性和承载特性更优,且不同单胞构型的梯度多孔结构功能特性相异。所提方法能有效应用三周期极小曲面梯度多孔结构设计,实现多孔单胞构型对结构功能特性的调控,丰富了多孔结构的力学内涵。     

浅谈结构拓扑优化设计

本文讨论了拓扑优化的一般概念,连续体结构拓扑优化的均匀化方法和进化方法及其相关理论。     

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.     

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...     

具有吸能和承载特性的多孔结构拓扑优化

以负泊松比和刚度为优化目标,构建多目标拓扑优化模型.利用改进的优化准则(OC)算法求解该模型,得到兼具吸能和承载性能的多孔结构,并利用选择性激光熔覆技术(SLM)制造该多孔结构.通过对优化结构进行有限元仿真和压缩实验及分析,得到多孔结构的形变图、应力-应变曲线及能量吸收曲线.分析结果表明:等效刚度大的结构负泊松比值较小,受压内缩量小,平台应力和能量吸收量大,但易出现应力峰值;等效刚度小的结构负泊松比值较大,受压内缩效果明显,平台应力和能量吸收量小,但平台应力平稳,能量吸收增量大.模拟仿真和实验测试验证了本方法用于耐撞承载结构的拓扑优化设计的有效性.     

纯电动汽车白车身拓扑优化设计及性能验证

基于变密度结构拓扑优化方法,以柔度最小化为目标建立了汽车白车身拓扑优化数学模型。对其白车身结构在静载荷、弯曲载荷,以及扭转载荷工况下分别进行拓扑优化设计,得到相应的最优拓扑结构。通过建立基于优化结果的白车身线框模型对其弯曲和扭转刚度进行验证。数值算例结果证明,拓扑优化方法能够得到具有工程实用价值的纯电动汽车白车身最优结构,在满足车身结构刚度要求的同时实现车身轻量化。     

基于均匀化理论的拓扑优化算法研究

在研究均匀化理论和拓扑优化理论基础上，推导了复合材料的均匀化求解方程，并将均匀化理论应用于拓扑优化中，推导了基于均匀化理论的二维拓扑优化求解算法。     

某型直升机医疗地板的改装优化设计与适航符合性验证

由于通用航空的特殊功能、优势和对国民经济增长的巨大推动作用,其在我国迅速发展,通航公司规模也越来越大,直升机的业务种类也逐渐增多。然而普通构型的直升机只能进行运输功能,已经不能满足人们对直升机所执行的任务要求,特别是对于医疗救援类的直升机已经成为了地震灾区、火情灾区、海上救援等所必要的工具。所以需要对直升机进行改装设计,将其加装医疗设备来满足应急医疗救援的目的。本文为使直升机能够恢复出厂构型,研究并设计出直升机医疗地板,并且对其结构进行拓扑优化,其次对直升机医疗地板改装的适航审定流程进行了研究分析,并且对直升机加装的医疗地板进行了多种适航符合性验证方法的研究,进行强度试验验证,最终得出结论医疗地板满足适航法规要求。同时为通航公司在直升机改装医疗地板方面提供参考依据。可见直升机医疗构型改装设计及适航研究已成为实现直升机应急救援的重要依据。     

整体式柔性机构的结构拓扑优化设计

基于变密度法和优化准则法,推导并建立了柔性机构的结构拓扑优化设计的设计变量迭代格式．以机构的机械增益为优化的目标函数,利用连续体的结构拓扑优化技术建立了的柔性机构设计的数学模型．通过人工弹簧模型和虚拟载荷法描述柔性机构设计的目标函数,采用伴随敏度分析法进行了敏度分析．以柔性夹钳作为设计实例,证明了所研究方法的有效性,用快速成型技术验证了柔性机构概念设计阶段的合理性．     

高拱坝体型三维拓扑优化研究

应用三维拓扑优化理论,编制了相应的计算程序,并结合高拱坝结构特点,固定拱坝上游面,对高拱坝三维空间结构进行了拓扑优化计算.结果表明,优化所得拱坝体型与常规坝体体型基本一致,强度满足应力要求.     

杆、梁结构离散变量拓扑优化设计

在考虑断面面积和拓扑两类离散变量及其耦合关系的基础上,建立了离散变量拓扑优化设计的数学模型;该模型反映了拓扑优化问题的耦合优化本质,有效地避免了“极限应力”和“奇解”对拓扑优化问题的困扰;为求解上述数学模型,提出了“拟机率-网格搜索法”;用该法对包含两类变量的杆、梁结构进行了拓扑优化设计,收到了较好的效果。     

毫米波MEMS开关自激励机理实验验证结构的模拟与设计

提出了一种新型的毫米波MEMS开关自激励机理的实验验证结构,该结构由一分四功率分配器和5个相同开关形成的阵列组成.通过CST Microwave Studio和HFSS电磁仿真软件完成了一分四功率分配器和开关阵列的设计.在频率为35 GHz时,一分四功率分配器的4个输出端口的隔离度小于-48 dB,同时由于结构的对称性...     

超磁致伸缩驱动微泵的磁场优化分析与实验验证

为使超磁致伸缩驱动微泵中超磁致伸缩材料(GMM)棒获得最佳的磁致伸缩性能,在ANSYS Maxwell软件中建立双线圈式驱动磁场、外线圈内永磁体式驱动磁场、内线圈外永磁体式驱动磁场模型,进行仿真分析,得到三种情况下微泵轴线上平均磁场强度和磁场均匀度,并通过试验验证优选结构的磁场强度和均匀度。结果表明:外线圈长度L_(q1)=104 mm,厚度d_(q1)=12.5 mm;内线圈长度L_(q2)=104 mm,厚度d_(q2)=12.5 mm的双线圈式驱动磁场相对于外线圈内永磁体式和内线圈外永磁体式平均磁场强度提高了117%和8.6%,磁场均匀度下降4%。试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。     

离散变量板壳结构拓扑优化设计及其应用

将包含两类变量的桁架结构拓扑优化设计的概念及求解离散优化的相对差商法进一步推广到由板壳单元组成的板壳结构的拓扑优化，建立了包含两类变量的板壳结构拓扑优化设计模型，并采用相对差商算法进行求解．最后给出了一个特种车起竖油缸支撑横梁拓扑优化的工程实例．     

Co-evolutionary design of discrete structures based on the ant colony optimization

In order to optimize the sizing and topology of discrete structures together and resist the combinatorial explosion of the solution space,a co-evolutionary design(CED)method based on ant colony optimization(ACO)for discrete structures is proposed.The tailored ant colony optimization for the sizing of structures(TACO-SS)and the tailored ant colony optimization for the topology of structures(TACO-TS)are implemented respectively.Theoretical analysis shows that the computation complexity of each sub-process in CED based on ACO above is polynomial and it guarantees the efficiency of this method.After the parameter settings in TACO-SS and TACO-TS are discussed,the convergence history of a sub-process is studied through an instance in detail.Finally,according to the design examples of the 10-bar and 15-bar trusses under different cases,the effectiveness of the CED based on ACO is validated and the effects of the loads and the deflection constraints on the co-evolutionary design are discussed.     

Co-evolutionary design of discrete structures based on the ant colony optimization

In order to optimize the sizing and topology of discrete structures together and resist the combinatorial explosion of the solution space, a co-evolutionary design (CED) method based on ant colony optimization (ACO) for discrete structures is proposed. The tailored ant colony optimization for the sizing of structures (TACO-SS) and the tailored ant colony optimization for the topology of structures (TACO-TS) are implemented respectively. Theoretical analysis shows that the computation complexity of each sub-process in CED based on ACO above is polynomial and it guarantees the efficiency of this method. After the parameter settings in TACO-SS and TACO-TS are discussed, the convergence history of a sub-process is studied through an instance in detail. Finally, according to the design examples of the 10-bar and 15-bar trusses under different cases, the effectiveness of the CED based on ACO is validated and the effects of the loads and the deflection constraints on the co-evolutionary design are discussed.     

电接触合金材料导电率的三维有限元分析

提出了一种计算多相合金电导率的数值模拟方法，采用有限元技术模拟电流流过导体时具有分布特征的电流场，各单元的组分随机产生以模拟实现的合金，通过计算全部单元中的总损耗来确定合金材料的等效电导率，在建立标量电位分析三维电流场有限元分析模型的基础上，以CuCr和AgW等合金为例计算了不同组分时电接触合金材料的电导率，并探讨了气孔率对电导率的影响，给出了不同组分时的电流场分布，计算结果与标准值的比较证明了模型的有效性。     

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。