多工况稳态热传导下的连续体拓扑优化

针对多工况拓扑优化问题,提出了多工况加权单约束拓扑优化模型。基于独立联系映射法,实现了多工况稳态热传导下的连续体拓扑优化设计。根据拓扑优化模型,分析了多工况拓扑优化“病态载荷”现象产生的原因,提出了初始结构总热能判定依据,通过对载荷工况系数的适当调整来消除“病态载荷”现象。通过数值算例,对不同优化模型下的拓扑优化结果进行分析比较。结果表明,独立连续映射法和多工况加权单约束模型在处理多工况稳态热传导拓扑优化问题中具有可行性和有效性。     

多载荷工况下无网格Galerkin法的拓扑优化

连续体结构拓扑优化位于产品的概念设计阶段,能够为产品结构的创新提供可能。基于此,提出以节点相对密度作为设计变量,以多载荷工况下结构柔度的加权平均值为目标函数,建立多载荷工况下基于无网格迦辽金法的连续体结构拓扑优化模型,利用Lagrange乘子法来施加本质边界条件,推导出相应的灵敏度计算公式。结合固体各向同性惩罚插值模型编写程序完成两个多工况的拓扑优化算例,并对单、多工况的优化结果进行了比较。所得结果表明,多工况的优化结果并不是单工况结果的简单迭加。同时利用节点密度的最大优势是影响域中的密度与位移具有相同的逼近策略,从而使所建立的模型能有效地提高密度场的连续性,并从模型上抑制了棋盘格现象,该方法的可行性得到验证。     

大型天线舱风载作用下力学特性及稳定性分析

通过有限元分析,对某大型舰载设备天线舱在摇摆工作状态下进行了力学特性分析和优化。其中,根据工字梁结构屈曲分析理论,对其在不同动态载荷工况下底层结构的工字钢腹板稳定性进行研究,并对舱底层结构在不同方向风载的结构应力分布进行了仿真分析,提出了使用指导意见,其研究成果可为天线舱进一步优化提供基础。     

多工况载荷下连续体结构拓扑优化设计研究

在充分研究多工况下连续体结构拓扑优化的研究现状和理论的基础上,采用密度插值格式和优化准则法,以各工况载荷下的结构刚度最大化为优化目标函数,基于线性加权和法建立多工况下结构拓扑优化设计模型,给出基于敏度过滤技术改进的设计变量更新格式,并提出确定载荷权重的新方法即α-方法.该方法简单、实用,算例证明了其有效性.     

捆绑联接舱段集中力扩散结构优化设计

为了改良运载火箭捆绑联接舱段集中力扩散结构的承力特性并实现轻量化设计要求,将开展集中力扩散结构拓扑优化设计方法研究。首先围绕结构刚度、强度、减重和集中力扩散效果等多种需求,实现以多工况下最小加权柔度为目标函数的结构拓扑优化。然后根据拓扑优化结果并综合考虑制造工艺等要求设计出新的集中力扩散结构,实现结构整体减重18.2%。最后对新结构进行标准工况下的载荷分析校验强度,计算结果表明新的集中力扩散结构设计方案的应力水平满足设计要求,提出的拓扑优化方案适合于概念设计阶段的集中力扩散结构优化。     

多工况载荷下连续体结构柔顺度拓扑优化问题的新的求解方法

针对以多工况载荷下结构柔顺度最小为目标函数,结构体积为约束条件的优化问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,参考限界公式法,通过一个限界变量将原多个目标函数转化为约束条件,引入一个新的该限界变量的二次函数作为目标函数。同时,结合变体积约束限技术,建立新的近似拓扑优化模型。然后,基于有理近似材料模型和移动渐进线方法,给出了目标函数和约束函数及其导数的显式近似式。利用光滑化对偶算法,构建了具有收敛性的多工况载荷下连续体结构的柔顺度拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可获得更优解或可高效地获得相同的优化解。且所提方法可稳健地获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。     

天线形状优化模型的建立

本文主要研究天线结构形状优化垢数学模型问题,首先建立了一般结构单工况及多工况的 经设计模型。其次提出了天线结构在自重、风荷作用下受精度,应力和稳定性约束的多工况优化设计的数学模型。并根据选材的特点将设计变量取为离散变量,对以上模型进行了近似处理,建立了符合工程结构的天线结构多工况离散变量优化设计的数学模型,算例结果表明此模型可以用于实际的天线结构设计中。     

四足机器人腿部结构拓扑优化设计及力学性能分析

基于变密度方法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型,提出一种多复合材料3D打印制造的拓扑优化方法对四足机器人腿部结构进行优化设计。采用体积约束下最小应力的优化方式,同时引入复合材料的本构矩阵,使得优化结果更加合理。针对四足机器人常见工况进行静力学分析,并对最大位移下的载荷情况进行拓扑优化设计。为了验证优化后腿部结构的强度,分别制备拓扑增强和轮廓增强腿部结构并进行试验分析。试验结果表明,拓扑增强结构最大位移比轮廓增强结构在外摆工况下降低了53.57%。拓扑增强结构承载比在0°和30°外摆工况下比轮廓增强结构分别提升了17.98%和24.57%。通过对四足机器人腿部结构优化前后的试验对比可知,经过拓扑优化设计,四足机器人腿部结构力学性能得到提升,优化设计具有可行性。该拓扑优化方法对于提高产品力学性能,具有一定作用。     

高速集装箱平车底架结构优化设计

以某型高速集装箱平车底架为研究对象,在HyperMesh中建立其有限元模型,参照相关标准确定底架在典型工况下的载荷及约束条件,对其进行静力分析.在OptiStruct模块下,依次采用尺寸优化和拓扑优化方法进行多工况优化分析,在保证底架结构性能的前提下,实现了结构轻量化.     

桥式起重机主梁多工况拓扑优化设计研究

利用HyperMesh前处理软件与OptiStruct求解器,以体积分数与静态位移为约束,以三种典型静态工况下对应的最小柔度为目标函数,基于SIMP变密度法与数学折衷规划优化法,建立了桥式起重机偏轨箱形主梁多工况拓扑优化模型.经有限元分析计算后得到了同时满足多种工况载荷的起重机主梁拓扑结构.根据拓扑优化结果设计出主副腹...