基于形状导数和水平基函数的复合材料层合结构拓扑优化

首次利用水平基物质分布函数推出域内积分与边界积分泛函的形状导数 , 建立了复合材料刚性连续结构拓扑优化设计理论的新模型。通过将形状导数和增广的 Lagrangian 乘子法相结合 , 提出了复合材料结构拓扑优化敏度分析的新方法。设计边界的进化是通过人为掌握目标函数下降的速度来控制。水平基函数的曲面在不改变拓扑结构的前提下上下运动 , 从而通过边界的合并与分离改变嵌入其中的零水平基面上设计构件的拓扑结果。广泛的 2D复合材料悬臂梁研究验证了本文中方法的有效性。      

基于接触的捞雷具夹紧爪接触面形状优化

介绍了在捞雷具夹紧爪设计过程中引入的基于接触的有限元形状优化设计方法．传统的机械设计方法仅考虑了零件的几何尺寸，而对其形状的设计却考虑不够，导致设计结果不理想．文中将基于接触的有限元形状优化方法应用于传统的机械设计过程．对捞雷具夹紧爪建立基于有限元分析的优化设计模型，使夹紧爪既能满足打捞鱼雷的要求，又得到了优化的形状．结构的特性与受力状况均得到改善．     

B4C/Ni多孔复合材料的制备及性能

采用粉末冶金法制备了B4C/Ni多孔复合材料。对制得的试样进行了扫描电镜（SEM）观察和抗压强度的测试，并摘要计算得出了试样的孔隙度。分析结果表明，复合材料的孔隙度随烧结温度的升高而下降；抗压强度随孔隙度的下降而增大；并且复合材料中镍含量越高材料抗压强度越大。根据后续浸渗金属液体的要求，此多孔复合材料要达到高孔隙度、较高强度和较高硼含量等指标。所以综合分析结果和后续要求最终确定了最佳体积百分含量为碳化硼15%、镍55%、造孔剂碳酸钠30%和最佳烧结温度800℃。     

多孔地质聚合物复合材料研究进展

多孔地质聚合物由于制备工艺简单、耐高温、力学性能优异、隔热性能极佳等优势被广泛应用于诸多行业,近十年来已成为最具研究前景的无机多孔材料之一。为了进一步提高、优化多孔地质聚合物的性能或赋予其新的功能,人们对多孔地质聚合物复合材料的开发和应用付出了巨大的努力。综述了目前多孔地质聚合物复合材料制备方法(包埋轻质/多孔填料、直接发泡、增材制造等)领域的最新进展,并从吸附性能、热稳定性能、机械性能三方面介绍了多孔地质聚合物复合材料的相关应用,旨在促进开发新型地质聚合物复合材料的制备路线,并扩大其在相关领域的应用。     

基于形状优化的机械设计方法

现代机械产品的设计,不再仅仅局限于对于产品结构性能的满足上,还要满足节约材料的要求,从而控制零件制造成本。对于现代设计,形状优化时在设计过程中必须考虑的问题,各种方法的使用,使形状优化下的机械设计更加具有合理性和结构稳定性,特别是利用计算机的形状优化,更是在机械设计方面提高了设计的科学性。     

地面运动激励下结构的动力学形状优化设计

通过推广和修改ESO方法来进行结构形状优化设计，以达到控制地面运动激励下的结构随机动力响应的目的，根据工程实际要求，用随机动力学理论构造具有白噪声功率谱的地面运动的随机响应表达式。基于特征导数的模态截断法和近似处理，导出了一套平均均方动响应的灵敏度公式，在优化软件上实现了形状优化算法，提供的算例显示了本方法的合理性和有效性。     

多孔石墨烯制备及其纳米复合材料的研究进展

多孔石墨烯是一种在石墨烯二维纳米基面上具有纳米孔隙或三维网络结构的多孔碳材料,不仅保留了石墨烯的本征性质,更赋予材料较大的可接触面积和丰富的孔隙结构,这些孔隙的存在有利于物质运输和筛分,使得石墨烯及其复合材料在纳米粒子负载、物质运输、吸附、分离等方面展示出广阔的应用前景。综述了多孔石墨烯的制备方法,包括活化法、冷冻干燥法、模板法和沉积法,以及多孔石墨烯在超级电容器、锂-氧电池、吸附、分离领域的应用现状,并展望了未来的发展方向。     

用边界元法进行形状优化

本文用边界元法与序列无约束优化方法相结合,对平面应力下的弹性体进行了形状优化,在优化过程中,用虚拟目标法处理多目标问题。为避免烦锁的灵敏度分析,采用了“新单纯形方法”。文中作的例题,获得满意结果。     

颗粒形状对复合材料单轴棘轮行为及其细观塑性变形特征的影响

在细观有限元模型基础上 , 利用 ABAQUS有限元程序对具有不同颗粒形状(球形、 立方体、 短棱柱和短圆柱)的 SiC P/ 6061Al 合金复合材料的单调拉伸行为和单轴棘轮行为进行数值模拟 , 讨论颗粒形状对复合材料棘轮行为的影响。 结果表明: 颗粒形状对复合材料的弹性模量、 单拉行为和单轴棘轮行为均有较大影响。 在所讨论的几种颗粒形状中 , 球形颗粒的增强效果最弱 , 抵抗棘轮变形的能力最差 ; 不同短棱柱颗粒的增强效果与其拥有的棱边数有关 , 即五棱柱颗粒的增强效果最好 , 然后随棱边数的增加逐渐下降 , 最后接近于短圆柱形颗粒。通过有限元分析结果讨论了不同颗粒形状下基体的细观塑性变形特征及其演化规律 , 这些结果有助于分析该类复合材料损伤和失效机制。      

泡沫镍/树脂多孔复合材料的压缩强度和比强度

对泡沫镍（平均孔径约为2.7 mm,孔隙率为93.1%）孔棱进行环氧树脂覆层复合,获得孔棱呈复层结构的泡沫镍/树脂多孔复合材料。对所得复合样品进行压缩性能实验,重点分析复合体的机械强度。结果表明：复合样品的压缩强度和比强度均显著高于原泡沫镍。当泡沫镍(体密度ρ_r约0.6 g·cm^-3)施加覆层制成泡沫镍/树脂复合样品(体密度约0.72～0.82 g·cm^-3)后,其压缩强度从0.75 MPa提高到2.24～2.68 MPa,其对应比强度从1.23 MPa?cm³?g^-1提高到3.09～3.27 MPa·cm³·g^-1。复合样品的压缩强度与孔隙率符合基于八面体模型理论得出的对应数理关系。根据对应力学模型可知,复合样品整体失效由孔棱芯部优先破坏造成。     

A strength-based multiple cutout optimization in composite plates using fixed grid finite element method

The design of interior cutouts in laminated composite panels is of great importance in aerospace, automobile and structural engineering. Based on the Tsai–Hill failure criterion of the first ply, this paper presents a newly developed Fixed (FG) Grid Evolutionary Structural Optimization (ESO) method to explore shape optimization of multiple cutouts in composite structures. Different design cases with varying number of cutouts, ply orientations and lay-up configurations are taken into account in this study. The examples demonstrate that the optimal boundaries produced by FG ESO are much smoother than those by traditional ESO. The results show the remarkable effects of different opening numbers and various lay-up configurations on resulting optimal shapes. The paper also provides an in-depth observation in the interactive influence of the adjacent cutouts on the optimal shapes.     

Evolutionary topology optimization using the extended finite element method and isolines

This study presents a new algorithm for structural topological optimization of two-dimensional continuum structures by combining the extended finite element method (X-FEM) with an evolutionary optimization algorithm. Taking advantage of an isoline design approach for boundary representation in a fixed grid domain, X-FEM can be implemented to improve the accuracy of finite element solutions on the boundary during the optimization process. Although this approach does not use any remeshing or moving mesh algorithms, final topologies have smooth and clearly defined boundaries which need no further interpretation. Numerical comparisons of the converged solutions with standard bi-directional evolutionary structural optimization solutions show the efficiency of the proposed method, and comparison with the converged solutions using MSC NASTRAN confirms the high accuracy of this method.     

周期性扩大框架的渐进结构优化方法研究

传统渐进结构优化法(ESO)删除的低效材料,仅是阶段性的低效材料,其中部分材料若不被删除,有可能成为后续优化中的非低效材料。误删材料可能使接下来的优化成为将错就错的优化。该文在ESO法基础上提出的周期性扩大框架的渐进结构优化方法(PEFESO),周期性地恢复并检查保留材料周围被删除材料的效率,重新判定该部分材料是否应被恢复到结构中,有效地削弱了ESO法可能误删材料的不良影响。PEFESO法具备一定的全程寻优能力,计算结果优于传统的ESO法,易于在工程中推广使用。     

Stress analysis of perforated composite plates

Thin-walled plates and panels of various constructions find wide use as primary structural elements in simple and complex configuration. In aerospace structures, panels with variously shaped cutout are often used. The understanding of the effects of cutout on the load bearing capacity and stress concentration of such plates is very important in designing of complex structures. An analytical investigation is used to study the stress analysis of plates with different central cutout. Particular emphasis is placed on flat square plates subjected to a uni-axial tension load. The results based on analytical solution are compared with the results obtained using finite element methods. The main objective of this study is to demonstrate the accuracy and simplicity of presented analytical solution for stress analysis of composite plates with central cutout. The effect of cutout geometry (circular, square, or special cutouts), material properties (isotropic and orthotropic), fiber angles, and cutout curvature are considered. The results presented herein, indicated that the presented method can be used to determine accurately the stresses and stress concentration in composite plates with special shape cutouts.     

A TWO-LEVEL DECOMPOSITION METHOD FOR SHAPE OPTIMIZATION OF STRUCTURES

The paper proposes a two-level decomposition method for shape optimization of structures. The optimization problem is divided into two subproblems on the basis of the different effects on structural behaviour of different kinds of design variables. A minimum mass subproblem is solved to determine the sizing variables and a constraint evaluation function based on norm optimization is minimized to determine the shape variables. An efficient coupling technique is used between the subproblems to ensure very rapid and steady convergence. Numerical results are presented to demonstrate the effectiveness of the method. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

遗传演化结构优化算法

ESO算法是近年来提出的一种结构优化算法,它可以应用于多个领域.在土木工程方面,利用ESO算法可以寻找结构最优的拓扑形状,指导结构的设计.但这种算法存在先天的局限性,即无法保证它所得到的解是最优解.为此,将遗传算法与ESO算法揉合在一起,形成了一种新的遗传ESO算法,简称为GESO算法.GESO算法把群体的概念借鉴到ESO中,巧妙地解决了遗传算法费时和ESO易陷入局部最优解的两个问题.实例证明它得到的结果大多优于ESO算法.