传热结构摄动敏度分析及动态拓扑优化

针对传热强化拓扑优化过程中新形成的孔洞边界对拓扑优化影响的问题,研究了考虑孔洞影响的拓扑导数分析技术,并提出了优化过程中对新形成孔洞边界进行处理的自适应动态边界处理方法。应用Lebesgue微分理论,基于域摄动敏度分析和局部极限定律,推导了Poisson方程控制系统在三类边界条件下不同目标函数的拓扑导数计算公式;最后通过数值分析实例验证了采用该方法直接设计高效换热器的可行性和有效性。     

基于柔性多体动力学的机械臂结构优化设计

针对柔性关节对工业机器人动力学特性的影响,基于“转子-扭簧”模型和有限元法,研究关节刚度对机械臂固有动力学特性的影响规律;考虑臂杆柔性和关节柔性,建立了机械臂多柔体动力学有限元模型,以机械臂轻量化为设计目标,以末端总位移量为约束条件对机械臂结构进行优化。研究结果表明,不同关节刚度对机械臂各阶固有频率的影响不同,优化后的机械臂载重/自重比增大,刚度和强度均得到提高,整体动力学性能明显提高。     

电动轮自卸车车架结构抗疲劳轻量化设计

针对传统经验式设计的电动轮自卸车车架结构存在刚度不足、焊缝开裂、重量冗余,以及自身固有频率与非簧载质量激励频率接近而可能发生共振等问题,开展车架结构性能多目标优化设计的研究。首先,基于变密度法和SIMP插值模型对原始车架结构进行了考虑疲劳寿命约束的多目标拓扑优化设计,得到了满足静态多工况下柔度最小和多阶低阶固有频率最大的拓扑优化结构。再次,基于Kriging近似模型的抗疲劳轻量化设计,利用非支配排序多目标遗传算法进行全局寻优,优化后的车架结构质量比原始车架结构质量减少4.24%,且车架结构在同样载荷作用下的应力分布更加均匀,车架强度、刚度、动态特性和疲劳寿命等性能均得到改善。     

垃圾压缩站箱体结构的荷载分析及轻量化设计

通过对垃圾压缩站箱体进行应力-应变测试,获得了箱体在工作过程中的荷载分布形式。采用Hyperstudy对曲线进行拟合筛选,得到与试验结果最匹配的荷载分布函数,并作为箱体优化分析的边界条件。同时引入超单元技术对模型进行简化处理,使得模型的优化效率得到了大幅度提高。传统优化算法与超单元算法的对比验证了采用超单元技术处理复杂模型的有效性。     

基于流固耦合的压气机叶片拓扑优化研究

为解决气流载荷和离心力耦合作用下压气机叶片应力应变过大问题,以离心式压气机叶片为研究对象,通过ANSYS Workbench仿真平台对叶轮叶片进行单向流固耦合数值模拟,得到的应变与应力主要集中在进口叶片较薄处,易产生疲劳破坏.采用GENESIS模块对叶片进行应变与应力多目标拓扑分析,基于拓扑结果在BladeGen重建叶...     

Seismic design of water distribution networks using auto-generation techniques

A feasible approach that uses an auto-generation technique is proposed to design and retrofit water distribution networks (WDNs) subjected to earthquakes. Because pipelines are laid along roads, the road information is extracted and then integrated into the auto-generation technique whereby the rules relevant to laying the pipelines are established. An optimisation model with parameters of network topology and pipeline diameter is developed to design and retrofit WDNs, whose seismic functional reliability index serves as a constraint. An intelligent optimisation program via a particle swarm algorithm is employed to generate the optimal network after a number of evaluations and evolutions. For illustrative purposes, a hypothetical and a real WDN model are investigated, respectively. Numerical results indicate that the optimisation and design method developed in this paper provides a new perspective towards the rational balance between risk and investment.     

考虑动静刚度的HDM50卧式加工中心立柱的优化设计

立柱是机床加工中心的关键部件,其结构形式对机床的加工精度有很大影响.以提高立柱动态性能为目的,考虑加工中心的动静刚度性能要求,提出立柱的优化设计方案,建立优化设计模型.首先采用HyperMesh的优化模块Optistruct对立柱进行拓扑优化,得到高性能的拓扑形式,然后考虑可加工性将立柱简化为筋板结构,并在此基础上利用遗传算法结合ANSYS的APDL编程语言进行进一步的详细设计.相比原始设计方案,立柱的动态刚度有了明显的提高,表明给出的方法对机床的结构设计有指导意义.     

结构拓扑优化参数的正交试验设计

基于正交试验设计方法,针对结构拓扑优化中体积系数、惩罚因子和控制半径等参数的组合问题,设计了9种不同的试验组合方案,利用MATLAB软件对这9种方案进行了仿真试验分析,采用极差分析法和方差分析法对仿真结果进行了分析,优选出了结构的刚度达到最大、目标函数的迭代步数最少的参数组合方案,该方案在结构拓扑优化设计中具有较强的泛用性。     

高效解决复杂拓扑问题的显式界面追踪算法

为精确追踪具有复杂拓扑变化的自由界面,提出一种算法。该算法以显式的Lagrangian网格对自由界面进行建模,利用外部的速度场来移动界面网格,并且基于局部界面重构的技术来处理界面几何,有效地消除显式界面机制中常见的自相交等几何错误。算法利用体素网格来有效地检测拓扑事件的区域,在这些区域里对界面进行细分,将具有拓扑错误的界面部分替换为预定义的模板,并使用精确的缝合算法将重构的局部界面与区域外的原始界面连接起来。试验证明该算法可以快速无误的处理显式界面的拓扑变化,适合应用于液体的仿真动画。     

FI代数上的一致拓扑空间

拓扑结构是逻辑代数中一个重要的研究内容。为描述Fuzzy蕴涵代数的拓扑结构,利用滤子诱导的同余关系在FI代数上构造一致结构和一致拓扑,证明了导出的一致拓扑空间是不连通的、零维的、局部紧的、完全正则的第一可数空间,是[T0]空间当且仅当诱导它的滤子为{1},且FI代数中的蕴涵运算关于导出的一致拓扑是连续的。此外,讨论了商空间的性质。这对从拓扑层面去揭示FI代数的内部结构具有促进作用。