面向机身颤振模型结构设计的拓扑优化方法

飞机颤振模型的结构设计是一个以固有频率为目标且具结构相似要求的反求问题.为了实现设计兼具结构和弹性特征相似的机身比例模型的目的,提出基于拓扑优化技术的机身颤振模型结构设计方法.该方法采用含规则几何形状的有限元集合描述机身骨架的结构特点,引入独立于有限单元网格的"节"作为结构修改的基本单位,构建与原机结构相似的格栅骨架加蒙皮有限单元模型,并将拓扑优化中的相邻敏度分配法与双向渐进结构法相结合,实现了以频率为目标、以体积为约束的拓扑优化.经过某圆筒机身的颤振模型优化算例证明,该方法有效地保证了优化后模型与原模型的结构相似性,并且达到了给定的固有频率,为飞机颤振模型设计提供了有益的借鉴方法.     

以频率为目标的加筋平板结构优化设计研究

以加筋平板结构的多阶模态频率达到指定值为优化目标,探讨结构的优化设计方法。提出一种双向渐进结构拓扑优化法结合尺寸优化方法的结构频率优化设计的改进方法。该方法采用具有规则格栅骨架的加筋平板结构优化模型,以骨架中的梁为结构修改基本单位,以梁敏度计算为基础。实现以频率为目标函数、以体积为约束,并结合敏度再分配策略的结构优化设计。最后,运用尺寸优化方法对优化结果进行后续详细设计。经加筋平板结构频率优化设计算例证明,该方法能满足结构的多阶模态频率优化要求;同时优化结果不存在一般拓扑优化的不规则结构问题,抑制局部模态的产生,对飞机风洞颤振实验模型的设计具有借鉴意义。     

汽车车架结构多目标拓扑优化方法研究

为了研究以静态多工况下刚度和动态振动频率为目标函数的车架拓扑结构,提出了一种结构的多目标拓扑优化研究方法。基于实体各向同性材料惩罚函数的拓扑优化方法,采用折衷规划法定义多目标拓扑优化和多刚度拓扑优化的目标函数,而振动固有频率拓扑优化的目标函数则采用平均频率法定义。通过优化得到了同时满足静态刚度和振动低阶频率要求的汽车车架结构拓扑。该方法避免了单目标拓扑优化无法考虑其他因素的缺点,适合连续体结构的多目标拓扑优化。     

链轮结构静/动态多目标拓扑优化及敏度分析

为增强链轮结构的静态刚度及有效抑制外界激励的影响,将多目标理论并结合拓扑优化理论引入到链轮结构的设计。依据链轮的真实工况,分别对其进行静态刚度和动态固有频率最大化的优化设计。基于折衷规划法定义静态刚度和动态固有频率的多目标函数,并以体积分数为约束条件构建链轮结构的SIMP拓扑优化模型,基于OptiStruct的优化准则算法进行多目标优化求解。运用伴随变量法求解多目标函数相对设计变量的灵敏度,为结构整体性能改善及优化提供准确的梯度信息。最后,以链轮多目标优化结果为参考,基于SolidWorks进行二次设计,并对其进行静力学和模态分析用以验证优化前后结果的正确性。该方法对考虑多个目标的工程结构优化设计具有实际意义。     

基于折衷规划的汽车变速器壳体拓扑优化方法研究

针对变速器壳体多档位拓扑优化的问题,以某前横置变速器壳体为研究对象,以柔度最小,即刚度最大为优化目标;借助Hyperworks分析软件,运用折衷规划方法,对变速器壳体进行拓扑优化来提高结构的刚度、强度及固有频率。仿真结果表明:壳体结构设计模型经折衷规划拓扑优化后,在约束体积设计空间内,柔度达到最小值,满足汽车各档位下壳体强度可靠性要求。一/倒档100%扭矩工况下,目标变速器壳体的应力,轴承孔最大位移量以及一阶固有频率,较优化前的计算值,均达到了校核要求。     

支撑结构多目标拓扑优化设计研究

以支撑结构为对象,研究了多工况下结构材料的最优布局和结构固有频率最大化的多目标优化问题。在基于变密度连续体结构拓扑优化方法的基础上,采用折中规划法研究多工况下多目标优化函数问题,建立了支撑结构的拓扑优化模型,利用分析层级法确定了各子目标的权重,进行了多目标拓扑优化,得到了材料的优化布局方案,减轻了结构质量,提高了结构固有频率。研究表明拓扑优化方法适用于板壳类结构的优化设计。     

大型结构分析与优化设计研究

将基于二次规划准解析法优化理论应用于机身结构优化设计中,建立机身结构优化模型.以机身重量为目标函数,考虑尺寸约束、强度约束和刚度约束,使优化后的机身结构不但满足强度要求,同时使优化后机翼机身对接接头的抗弯刚度与原准机保持一致.     

一种基于水平集函数的尺寸优化方法及应用

针对构建结构拓扑、形状、尺寸的统一优化模型的需求,采用水平集函数描述结构尺寸要素的方法,建立了基于水平集法的结构尺寸优化模型。该方法采用水平集函数描述规则孔洞的几何尺寸信息,并通过引入紧支径向基函数进行插值,将尺寸变量转化为基函数的扩展系数。将基于水平集法的尺寸优化方法与基于水平集法的拓扑形状优化方法融合,构建了结构统一优化模型,实现了结构尺寸、拓扑和形状的综合优化。     

振动夹具的综合优化设计

夹具设计要求质量轻、刚度大。为了在这两者间取得平衡,文中综合使用拓扑优化和尺寸优化两种方法对夹具进行优化设计以实现设计目标。基于拓扑优化结果设计了夹具的拓扑优化模型。虽然相对于初始模型,该模型的第1阶固有频率降低了36.5%,但其质量降低了66.7%,表明拓扑优化效费比显著。以设计参数的合理设计范围作为约束条件,把使第1阶固有频率最大和夹具质量最轻作为优化目标来实施尺寸优化,得到夹具的详细设计模型。与拓扑优化模型相比,该模型的质量降低了3%,第1阶固有频率提升了6%。之后对振动夹具实施了随机振动试验。受试设备安装点的功率谱密度响应曲线的均方根值最大为输入谱均方根值的1.17倍,说明夹具具有良好的动力学传递特性,夹具的综合优化设计方法有效可行。     

微型客车车架多目标拓扑优化

为了设计合理可靠的微型客车车架,应用折衷规划法建立以柔度最小和低阶固有频率最高为目标的多目标拓扑优化数学模型,基于固体各向同性材料惩罚模型进行优化。基于拓扑优化结果,构造微型客车车架的三维模型,并对车架进行静态和模态分析,确认车架满足工作性能要求,由此验证了微型客车车架多目标拓扑优化方法的合理性与可行性。     

涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的清晰结构拓扑优化设计

针对以结构柔顺度最小为目标函数,涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的结构拓扑优化设计问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,为了消除现有的结构实体相及空洞相的相同的光滑Heaviside映射导致的强烈对立矛盾,引入光滑Heaviside映射和修改的光滑Heaviside映射分别进行实体相及空洞相的设计变量过滤;而后,构建了合理和协同的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化模型;利用MMA算法,形成了一种新的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可解决结构实体相和空洞相的几何最小长度尺寸控制问题。且所提方法可获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。     

基于结构和性能相似度分析函数的机械产品优化设计方法

从结构设计角度出发,分析了主动再制造模式下的产品服役性能要求及其关键零部件的设计需求。通过分析设计参数与服役性能的映射关系,采用支持向量机（SVM）方法构建了性能相似度分析函数。基于结构和性能相似度分析函数,提出了面向主动再制造的零部件结构优化设计方法,实现对再制造时域的优化调整。最后以叶轮零件为例,验证了所提方法的有效性和可行性。     

均匀化理论在开孔转鼓结构优化中的应用研究

多尺度均匀化理论被认为是确定复合材料当量性能的一种不可替代的方法。首先根据开孔转鼓中小孔的分布规律建立了宏观均匀化模型，得到了小孔在不同分布不同孔径和不同孔间距状态下当量板的有效弹性常数分布规律；然后根据转鼓的结构和承载方式建立基于有限元分析的优化模型，结合所得的材料当量性能参数，利用ANSYS的二次开发功能，编写了APDL程序，完成了转鼓模型的结构优化。所得结果已被工程应用所接受，从而为开孔转鼓的结构设计提供了一种新思路。     

基于Hopfield神经网络的结构优化算法研究

利用Hopfield神经网络并结合模拟退火算法,对甘蔗收获机械台架结构进行了优化。建立了神经网络系统能量函数与优化问题目标函数之间的对应关系、神经网络演化过程与优化问题寻优过程之间的对应关系、神经网络系统到达平衡点与优化问题最优解之间的对应关系。采用改进的惩罚算子以提高神经网络的收敛速度,经过12次迭代后,优化目标下降17.5%,且应力小于190MPa,表明该优化方法可充分利用设计资源,得到全局最优解。算例证明该算法高效可靠,切实可行,有较强的工程实用性。     

300 MN模锻水压机主分配器阀体优化设计

300 MN模锻水压机原主分配器阀体体积较大、阀芯布置不合理、工艺孔多.通过采用凸轮机构式分配阀芯开启方式,重新布置阀芯位置,优化设计了阀体内部结构.以阀体体积最小为优化目标,以阀体强度为主要约束条件,采用有限元方法,对阀体主要结构参数进行灵敏度分析,确定了优化设计变量,对阀体进行了优化设计.优化后阀体体积和工艺孔数量大幅度减少.     

双向渐进结构拓扑优化设计研究

双向渐进结构优化法（BESO）是近年来兴起的一种懈决各类结构优化问题的数值方法。其原理是通过同时删除和增补单元,使剩下的结构逐渐趋于优化。文章提出了基于应力约束的渐进结构优化方法,与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便,并通过算例证明该方法的有效性和可行性。     

基于应力的双向渐进结构拓扑优化设计

双向渐进结构优化法（BESO）是近年来兴起的一种解决各类结构优化问题的数值方法,其原理是通过同时删除和增补单元,使剩下的结构逐渐趋于优化。提出了基于应力约束的渐进结构优化方法,与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便,并通过算例证明该方法的有效性和可行性。     

基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法及其应用

针对复杂工程多目标优化中求解精度受近似模型精度影响大的问题,提出了一种基于信赖域近似模型管理的多目标优化方法。该方法在每一个优化迭代步中首先采用拉丁超立方实验设计方法获得样本点,并基于这些样本点建立各目标和约束的二阶响应面模型,接着用所建立的响应面模型代替真实模型进行多目标优化,优化算法采用微型多目标遗传算法,然后通过信赖域模型管理方法来管理近似模型。该方法大大降低了近似模型对求解精度的影响。该方法在车身薄壁构件的耐撞性优化中的应用验证了其解决复杂工程多目标优化问题的能力。     

轻型货车EQ1060F车身的结构优化设计研究

主要研究轻型货车 EQ1 0 6 0 F驾驶室车身结构优化设计中的一些关键问题 ,包括结构有限元分析、优化方法选择、敏度分析和结构重分析 ,选择了序列二次规划法用于结构优化问题且收敛效果较好。该研究为汽车车身设计提供了一条新的设计思路。     

参数优化方法在轻质反射镜结构设计中的应用

介绍了一种对反射镜轻量化结构进行优化设计的方法。利用ANSYS软件对采用扇形开口孔轻量化的某遥感器主反射镜建立参数化结构模型,将对反射镜力学性能影响较大的某些结构参数如镜体厚度、扇形孔的位置、尺寸等指定为优化设计变量,根据反射镜的加工和装配工艺合理地确定这些结构设计变量的可行域,运用ANSYS优化设计模块提供的零阶优化方法对镜体结构进行了优化设计。力学分析表明,经过优化后的反射镜结构相比于原设计方案轻量化程度更高,静力学性能更好。