基于拓扑优化与多目标优化的机床底座结构设计

为了在底座初期设计时尽可能减轻其质量、降低静应力变形、提高其固有频率,首先基于变密度法,建立以底座质量为优化目标函数,静应力变形和固有频率为约束的拓扑优化数学模型,实现1次优化;然后基于响应曲面法,建立以底座质量、静应力最大变形量和1阶固有频率为目标函数与约束条件的多目标优化模型,实现2次优化。分析两次优化的有限元结果:相比于1次优化,2次优化后的底座质量减轻2.5%,静应力变形量降低16.2%,1阶固有频率提高6.0%。     

基于自适应遗传算法的连续体结构的拓扑优化

采用遗传算法 ,用染色体基因映射结构离散化后的单元体 ,通过改变基因代码实现连续结构的拓扑。优化过程中 ,利用遗传算法进行结构优化 ,通过有限元技术对结构进行建模和分析。在遗传算法中 ,采用自适应的交叉和变异算子 ,提高优化分析效率 ,改善优化分析结果。算例分析表明所提出的方法是有效的。     

拓扑优化在提高电机底座固有频率中的应用

为计算某型号电机底座的固有频率,研究其振动特性,利用Lanczos法对其进行模态分析,得到了前6阶固有频率及振型。在此基础上,运用Hyperworks软件的Optistruct模块,以优化后的体积不超过底座结构总体积30%作为约束,以1阶固有频率最大化为目标,进行了基于变密度法的底座结构拓扑优化分析,给出了底座结构材料最优分布云图和频率迭代变化曲线。优化结果表明,此方法能有效提高底座结构的1阶固有频率,从而可能避开谐振区,抑制电机与底座之间发生共振。     

基于子结构法的多层级结构拓扑优化

为避免多层级结构拓扑优化中的尺度分离问题,保证不同多孔结构之间的连接性,提出了一种基于子结构法的多层级结构拓扑优化方法.采用参数化水平集方法,将多孔结构拓扑优化分为两个层级,在细观层级优化多孔结构拓扑构型,在宏观层级优化多孔结构最优空间分布.采用子结构法建立宏细观结构之间的联系,将细观结构凝聚为超单元,凝聚的超单元又作...     

基于改进SIMP法的连续体结构拓扑优化方法研究

基于SIMP法的连续体结构拓扑优化,在小规模网格下的优化结构刚度性能不佳,而在大规模网格下优化结构又会出现过多细小分支,针对这一问题,提出了一种基于改进SIMP法的连续体结构拓扑优化方法.该方法对SIMP数学模型进行了改进,将单元微分法作为力学响应分析的理论基础,以全体单元中心点应力应变积之和为优化目标函数,并结合比例...     

传热结构自适应拓扑优化准则法研究

合理的散热通道分布是提高小空间大热流密度传热结构散热性能最有效的手段。针对现有传热结构拓扑优化设计结果形态过于复杂,存在棋盘格、灰度单元等数值不稳定现象,提出一种基于基结构的散热通道分布的自适应拓扑优化方法。研究了适用于传热结构拓扑优化问题的基结构构建技术,建立满足库恩-塔克（Kuhn-Tucker,KKT）最优准则条件的迭代公式;以散热弱度最小为优化目标,以杆单元截面积为设计变量,对典型的二维和三维设计问题进行散热通道分布设计,并将设计结果与COMSOL软件优化结果进行对比。研究结果表明,提出的传热结构自适应拓扑优化方法产生的散热通道形态简单清晰,能满足散热性能,且优化过程收敛速度快,克服了现有优化方法产生的数值不稳定问题。     

基于基础结构法的柔顺机构动力学拓扑优化

提出一种新的在简谐激励作用下,基于基础结构法的柔顺机构动力学拓扑优化方法.框架单元能够包含弯曲模式,因此采用它的集合表示设计域.以动力放大系数最大化与应变能的最小化加权函数为目标,满足在动态条件下柔顺机构具有足够柔度和刚度;并且规一化目标函数避免不同性质目标函数的量级差异.目标函数的敏度采用伴随矩阵法求解,用移动近似算法对优化问题进行迭代求解.通过数值算例对不同外激励频率和不同输出刚度的拓扑优化结构进行分析讨论.结果表明,该方法在柔顺机构动力学拓扑优化设计中是正确的和有效的.     

基于进化元胞自动机的结构拓扑优化

实现元胞自动机算法自组织演化机制的关键是建立适合问题的局部规则。传统的方法是根据人们的经验或 其他算法得到的结果来建立局部规则,被称为局部间接规则。为了解决局部间接规则存在的局限性,计算量大等 缺点,提出用进化建立元胞自动机局部直接规则的方法。通过建立结构优化的多目标优化模型,用遗传算法寻求 最优的演化规则,得到适应相应问题的解。由仿真结果可见用遗传算法建立的元胞自动机局部直接规则对复杂系 统的自组织问题是很有效的。     

往复压缩机底座结构有限元静力学分析及优化

对于往复压缩机机组设计来说,底座设计占其中重要一环,如何选择底座型钢的规格会很大程度上影响机组的成本和尺寸,采用有限元结构分析方法,对不同由不同规格型钢焊接成的底座进行有限元结构静力学分析,结合钢结构设计的国际标准,对比不同底座之间的应力及应变分析结果,综合考虑焊接及制造误差之后,综合选取了CASE1方案.为压缩机底座...     

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。     

超精密机械结构多目标拓扑优化设计

为满足超精密工件台结构极高的静动性能要求,提出了一种基于目标分层的多目标结构拓扑优化方法,并将其应用于超精密工件台关键件的结构优化设计中。基于ANSYS的仿真实验结果表明,多目标结构拓扑优化方法能够有效地提高结构的静动性能和设计效率,满足超精密结构极高的性能要求,为现代工程结构的多目标优化设计和改进提供了理论依据和方法。     

稳态热传导下的连续体结构拓扑优化

在稳态热传导连续体拓扑优化中,提出单元总热能、节点温度、区域内节点温度平方和三类不同性能指标,推导三类指标的伴随法敏度分析公式。基于独立连续映射法建立以三类指标为约束的体积最小化模型,应用过滤技术克服拓扑优化的数值不稳定性问题,实现了稳态热传导下的连续体拓扑优化设计。通过数值算例对优化结果进行讨论,其结果验证了方法和模型的可行性和有效性。     

谐响应下的连续体拓扑优化

用独立连续映射法建立了以关心自由度振幅平方和为约束、体积最小化为目标的连续体结构拓扑优化模型。采用伴随法求解得到关心自由度振幅平方和指标的敏度分析公式，并应用一阶泰勒展开对该指标进行显式表达。用数字图像过滤技术抑制棋盘格现象和消除网格依赖性问题。通过数值算例对不同激振频率、不同结构阻尼谐响应下的拓扑优化结果进行分析讨论。结果表明，独立连续映射法在处理谐响应下的拓扑优化问题上具有可行性和有效性。     

基于有限元分析的结构动力学优化

以有限元软件ANSYS的模态分析为基础,针对某产品操作台两侧和背部支撑结构,依次采用拓扑优化和遗传算法两种方法进行动力学优化计算,求出了使得整体结构刚度最大的结构形式和结构尺寸。计算结果证明,该种分析方法准确可信,能够对结构设计起到理论指导作用。     

基于Lanczos法的模态重分析法在拓扑优化中的应用

在拓扑优化中,经常要求对结构进行修改,快速准确地计算修改后结构的低阶特征值对于提高整个结构优化的效率非常重要。将基于Lanczos算法的模态重分析法应用于拓扑优化过程中,利用初始结构模态分析结果,结合Lanczos算法和投影技术,采用缩减基方法求解修改结构的固有频率和振型, 则该方法同时具备了Lanczos向量快速收敛的优点和基于全局近似的缩减基向量的高精度。刚架算例验证了该重分析法的高精度。固支方形板和车架结构优化结果表明,该方法在保证求解精度的同时能够在一定程度上提高优化迭代速度。     

多工况下地铁车辆齿轮箱吊座拓扑优化设计

采用变密度法,以齿轮箱吊座多工况刚度最大化为目标函数,以体积比、一阶频率和工艺要求为约束条件,建立了吊座结构多工况拓扑优化模型.通过OptiStruct软件的优化,得到结构的拓扑优化结果,结合工艺要求对优化后的结构进行重新建模,分析了结构在三种工况下的应力分布和一阶频率.结果表明,吊座质量减轻了约7kg,结构一阶固有频...     

制造加工约束下连续体拓扑优化的数值实现

针对两类常见的制造加工约束即对称性和重复性下的连续体拓扑优化问题,提出了将敏度值在每轮优化前的修正方法,该方法简单且易于编程实现,实现了对称性或重复性约束条件下连续体拓扑优化设计,通过数值算例对不同制造加工约束下的拓扑结果进行了分析对比,结果表明,研究方法具有可行性和有效性。     

一类1T2R并联机构拓扑结构综合及优选

研究了一类1T2R并联机构拓扑结构综合和优选。应用平面机构的组成原理和约束特性,将1T2R并联机构拓扑结构视为由一条串接一转动副的1T1R平面并联运动链和两条空间无约束主动支链组成。统筹考虑机构位姿能力恰当性、支链结构力学合理性、机器人模块可重构性、位置逆解简易性和动平台结构紧凑性等准则,完成1T2R并联机构拓扑结构优选及性能验证。在此基础上,提出一种可继承Tricept机器人优点的新型五自由度混联机器人模块,该模块具有与Tricept机器人完全相同的运动学性能,且绝大部分部件可与Tricept机器人互换。     

重型载货汽车车架拓扑优化设计

对车架的拓扑优化设计做了研究,在原有重型载货汽车车架模型的基础上,设定拓扑优化区域和优化参数,通过变密度法将连续体离散成[0,1]分布的模型,对于密度较小的区域采取去除材料的办法形成空洞,留下来的材料为横梁的分布位置,为后续的车架设计提供一个思路。