Topology Optimization for Manufacturable Configuration Design of Aircraft Tail Rib

A methodology is implemented to find the optimum reduced weight configuration design of an operating structure of a civil aircraft vertical tail fin. FE (finite element) based topology optimization is executed to find the optimum material distribution of initial design space of rib by maximizing the stiffness. Loads pertinent to the operating and ground conditions are estimated and applied, considering the orientation of structural assembly members and built-in supports offered in the main structure. Manufa...     

Recent Advances on Topology Optimization of Multiscale Nonlinear Structures

Research on topology optimization mainly deals with the design of monoscale structures, which are usually made of homogeneous materials. Recent advances of multiscale structural modeling enables the consideration of microscale material heterogeneities and constituent nonlinearities when assessing the macroscale structural performance. However, due to the modeling complexity and the expensive computing requirement of multiscale modeling, there has been very limited research on topology optimization of multiscale nonlinear structures. This paper reviews firstly recent advances made by the authors on topology optimization of multiscale nonlinear structures, in particular techniques regarding to nonlinear topology optimization and computational homogenization (also known as FE²) are summarized. Then the conventional concurrent material and structure topology optimization design approaches are reviewed and compared with a recently proposed FE²-based design approach, which treats the microscale topology optimization process integrally as a generalized nonlinear constitutive behavior. In addition, discussions on the use of model reduction techniques is provided in regard to the prohibitive computational cost.     

拓扑优化技术在汽车零部件设计中的应用

介绍拓扑优化技术及其在汽车零部件设计中的应用.     

物联网监测拓扑可靠性设计与优化分析

物联网结合各种主干传输很适合远程实时监测,但随着监测范围的不断扩大与应用的不断普及,监测系统中断所造成的代价和影响与日俱增.系统的拓扑可靠性是保障远程监测系统可靠的一个重要方面,以三江源大面积物联网远程生态监测中需要设立监测区域的实际需求为背景,提出了一种基于均匀分簇的可扩展的模块化传感器节点部署方法,对设置传感器的拓扑结构层数、监测面积和监测节点数等参数的相互关系给出了量化的计算公式,针对不稳定的信息传输环境给出了保障监测区域和远程主干拓扑可靠性的有效机制及量化分析方法,在此基础上,重点给出了关键传输节点（簇头节点和协调器）拓扑可靠性的动态优化策略.理论分析和仿真结果表明：该机制具有数据融合均匀、有效节能和灵活可扩展等特点,对提高物联网远程监测的可靠性有显著效果;同时,所得出的相关理论对诸如农业、牧业和林业等相关行业的偏远大面积物联网远程实时监测的拓扑可靠性保障具有重要的理论和实际应用参考价值.     

汽车内部拓扑设计优化设计与仿真分析

研究汽车内部拓扑设计优化问题.汽车内部拓扑结构承受的表面压力、重力和均匀负载度在小区域内的波动变化,传统的设计方法为了应对波动,需要采用小区域多衔接点的位置关系进行拓扑设计,造成汽车内部结构发生弯曲和扭转的点增加,导致汽车内部拓扑设计过于复杂,降低了性能.为此,提出基于压差比例优化模型的汽车内部拓扑结构设计优化分析方法.充分考虑汽车内部结构承受的表面压力、重力和均匀负载度,计算汽车内部结构的压力载荷向量,获取承受不同压力的相关函数.根据汽车结构的承压力和压力相关函数,得到拓扑设计的约束条件,获取拓扑结构关系,完成汽车内部拓扑设计.实验结果表明,利用改进算法进行汽车内部拓扑设计优化分析,能够优化不同零部件之间的空间位置关系,降低拓扑设计的复杂性,提高汽车内部拓扑结构的性能.     

民机概念设计阶段的气动弹性优化设计

针对民机气动弹性问题,进行概念设计阶段的气动弹性优化设计,尽量避免因气动弹性导致后续的设计更改甚至重新设计.以某大展弦比机翼为例,参照同类飞机初步确定结构刚度分布,并以结构重量最小化为优化目标,以颤振速度、最大变形、最大应力、发散速度的限制为约束条件,利用优化迭代方法进行气动弹性求解.结果表明,在给定的约束条件下,机翼的颤振速度满足气动弹性稳定性要求,且强度、刚度和静发散特性也都满足设计要求;同时,根据优化求解结果得到了机翼的刚度分布指标.研究结果为民机概念设计阶段的结构布局提供了依据.     

某型无人机机翼预埋骨架拓扑优化设计

为了减轻某型无人机机翼重量并进一步提升无人机飞行性能,对机翼中央翼预埋金属骨架进行拓扑优化设计。采用商用软件与变密度法获得预埋骨架的拓扑结构。选取中央翼加强肋间矩形梁内部为拓扑优化设计空间。通过调整中梁对称面约束位置与角度,从结构传力效率与加工工艺性角度获得优化结果：骨架中梁与机翼对称面夹角为70°,拓扑优化结构较原结构相比重量下降26.9%,优化后机翼结构能满足设计要求。     

微型柔性机构的多目标计算机辅助拓扑优化设计

提出了基于结构整体柔度最小化和结构输出位移最大化的多目标拓扑优化设计方法,建立了微型柔性机构的多目标拓扑优化设计模型.提出了适用于微型柔性机构多目标拓扑优化设计的伴随矩阵敏度分析方法,并将广义收敛移动渐进算法用于多目标多约束微型柔性机构拓扑优化问题的求解.最后通过数值计算验证了优化模型的有效性.     

进化设计中拓扑搜索和参数的协同优化算法

为了解决基于遗传编程(GP)的动态系统进化设计过程中拓扑和参数协同优化的问题,讨论了基于GP的进化设计种群拓扑多样性保存策略,提出了一种拓扑适应值共享-拥挤协同搜索算法。该算法避免计算小生境半径、通过自适应适应度函数来惩罚拓扑子群,保证了拓扑多样性和阻止局部收敛的发生。实验结果表明,该算法保证了动态系统进化设计中拓扑和参数同步搜索的平衡,有效地克服了局部收敛,能确保获得理想的设计结果。     

某清扫车车架结构分析与拓扑优化设计

为了提高某自卸清扫车车架的力学性能并减轻重量,建立了车架的有限元模型,对车架进行了强度和刚度校核以及模态分析。并借助LS-DYNA分析了车架中间矩形框在外力激励输入下的位移时程曲线,得到了车架的变形及变化趋势,针对车架的动态变形分析结果,对车架中间矩形框的前后横梁加强区域进行了局部拓扑优化,以减少材料使用提高车架刚度,改善了车架的动态特性。分析结果表明:车架静态强度满足工作要求,工作时路面激励及怠速不会引起车架共振。     

基于拓扑优化的空间遥感器电控箱的结构设计

针对目前空间遥感器电控箱结构设计中难于同时保证结构优重量轻且刚度高的问题,提出了采用拓扑优化方法对空间遥感器电控箱结构进行优化设计的方案,并采用有限元分析法对拓扑优化模型得出两种结构形式进行校验:依据电控箱工作环境,充分考虑其应具有抗电磁干扰性及有效散热等要求,对拓扑优化得到的模型进一步细化,通过有限元法比较两种结构,最终确定一种较优的结构.结果显示该设计方法缩短了设计周期,提高了电控箱的整体性能,达到预定的技术指标.其对相关设计具有一定的借鉴意义.     

飞机线缆自动检测系统布局优化设计研究

针对大型飞机约40000测试点的线缆自动检测系统中测试箱点数、测试箱位置和测试设备间控制电缆连接路径进行优化设计。利用近邻交换法实现机载插头自动分类,并基于0-1背包求解方法提升测试箱可接入点数利用率;利用分步遗传粒子群算法,以转接电缆总长最短为目标,优化测试箱可接入点数和测试箱位置;将控制电缆连接路径抽象为多支路无返回旅行商问题,取测试箱空间位置为节点,测试箱之间的控制线缆为边,测试箱内的对接点数量为权重,构建无向加权网络模型,并以支路总长最短、支路均衡为目标,采用混合离散粒子群算法搜索最佳连接路径,实现测试系统多支路优化设计。与原设计结果相比,测试箱可接入点数利用率从89.7%提高到100%,减少转接电缆10%、控制电缆18%。对线缆自动检测系统测试方案中待优化项目进行数学建模,涵盖了转接电缆的插头分类模型建立、转接电缆长度计算模型建立和控制电缆长度计算模型建立,并基于粒子群智能优化算法,优化线缆自动检测系统布局,从而达到了飞机线缆自动检测系统轻量化设计及最优成本实现。     

高性能计算在多学科大变量飞机优化设计中的应用

波音、空客等公司飞机设计中采用的先进设计手段之一是基于高性能计算的多学科、大规模设计变量优化的应用。目前我国的高性能计算在硬件方面已处于世界领先水平,但在工程应用系统方面还无法满足需求。文章介绍了以工程实际需求为导向,以高性能计算资源为辅助手段,基于飞机设计需求而开发的多学科、大变量的并行计算软件系统及计算平台,以及利用该平台实现的航空应用算例。     

基于单元生死功能的转向架构架拓扑优化设计

为了更好地实现转向架构架的轻量化设计,根据设计经验,采用渐进结构优化法(ESO)的基本思想,通过对ANSYS单元生死功能的二次开发,应用APDL(ANSYS Parametric Design Language)编制拓扑优化程序,以直观的有限元模型代替复杂的拓扑优化的数学模型,提出了一种构架拓扑优化设计的工程方法。通过方法优化,使某高速动力车转向架构架在疲劳强度符合要求的前提下,结构应力趋于均匀分布,质量减少了143.92kg。结果表明,提出的方法是有效的和可行的,具有一定的工程实用价值,为设计提供依据。     

基于遗传算法的飞机俯仰控制参数优化设计及重构

遗传算法不受问题性质(如连续性,可微性)的限制,能够处理传统优化算法难以解决的复杂问题,故近年来在控制参数优化方面得到了广泛的应用;但算法中,交叉概率与变异概率的选择没有给出通用标准,通过多种交叉概率与变异概率组合的优化结果比较确定合适的交叉概率与变异概率,然后从几种控制系统常用性能指标中选择最合适的一种做为适应度函数,优化得无故障时控制参数,按照重构后系统开环传递函数保持不变,即系统闭环传函极点不发生变化的原则,由升降舵损伤程度和无损伤时控制参数可得重构后的控制参数;由仿真实验可得,此方法能够较快较精确地确定控制参数,系统无超调,控制效果良好,重构后,系统性能能够保持不变,达到良好的重构效果。     

面向火箭滑车底盘设计的变密度多载荷拓扑优化方法

针对火箭滑车底盘设计中的应用,提出一种变密度多载荷拓扑优化方法.在分析火箭滑车底盘优化设计要点的基础上,采用变密度多载荷拓扑优化方法,基于ANSYS系统实现了火箭滑车底盘的拓扑优化建模和求解,并对滑车底盘拓扑优化结果进行处理及分析,获得火箭滑车底盘的结构优化布局.实例结果表明,该方法能够提高产品设计质量与效率,可以为火箭滑车设计人员提供参考.     

贝叶斯网络拓扑结构确定方法的研究

贝叶斯方法是概率统计学中一种很重要的方法 ,贝叶斯网络是一种将贝叶斯概率方法和有向无环图的网络拓扑结构有机结合的表示模型 ,描述了数据项及其依赖关系 ,并根据各个变量之间概率关系建立的图论模型 ,但是如何获取它的网络拓扑结构是一个需要解决的问题 ,本文提出一种如何寻找最有可能的贝叶斯网络模型方法 ,并用启发式算法进行模型评估     

基于拓扑结构的微博话题摘要生成算法

话题摘要是自然语言处理中对文本进行内容归纳和概要生成的技术.传统的话题摘要研究主要针对新闻、Web网页和博客这样的长文本,本文研究微博短文本的话题摘要问题.本文以微博转发消息为对象,提出具有拓扑结构的微博话题摘要生成算法(Microblog topic summarization,MTS).首先通过微博转发上下文确定代表性词项;然后识别微博转发中的话题区域,从广度和深度两个方向对话题进行归并操作;最后,基于转发关系生成具有拓扑结构的微博话题摘要.本文实验采用真实的微博事件数据集验证MTS算法的有效性和可行性,并采用可视化方式展现微博话题摘要的结果.     

Aerospace Computer Characteristics and Design Trends

During the past year, we received calls from several Don Baechler fans scattered throughout the country asking if his comprehensive survey of aerospace computers printed two years ago was going to be updated. Well it was, has been and is. This marks Don's third appearance in these pages and we'd like to publicly thank him for regularly providing what is one of the most popular features in the magazine. –Ed.     

基于启发式遗传算法的时分星间网络拓扑优化设计

针对北斗导航系统对星间网络的测量与数传业务需求,提出一种基于启发式遗传算法的网络拓扑优化设计方法,首先通过理论分析制定了拓扑规划的基本原则,给出一个能满足大部分需求的拓扑框架,以此作为初值,利用遗传算法对拓扑进行了优化,在路由规划中采用了分时以最短时延为原则的路由算法,最后,对星间网络测量指标进行了统计分析,以星间数据传输和星星地数据下传作为星间网络数据传输的典型工况,对星间网络拓扑路由规划的结果进行了逻辑仿真验证,仿真结果表明,该网络拓扑规划能满足导航星座常规业务的基本测量与数传需求,为解决导航星座星间网络的复杂运行管理提供了一种解决问题的思路。