连续体结构的多目标拓扑优化设计

为实现静动态多目标下连续体结构的拓扑优化设计,以静态柔顺度最小化和动态特征值最大化加权函数为目标,提出并建立静动态多目标下连续体结构拓扑优化模型,实现了相应的算法和算例。方法中采用(rational approximation of material properties,RAMP)方法对密度进行惩罚,利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,通过归一化目标函数有效地避免不同性质目标函数的量级差异。通过算例,获得了静动态权重系数对结构拓扑构型和目标函数(宏观结构的柔度和基频)的影响规律,算例结果表明了该方法的有效性。     

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...     

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。     

多工况应力约束下连续体结构拓扑优化设计

建立多工况应力约束条件下连续体结构拓扑优化的数学模型，给出求解方法。采用包络法处理大量的应力约束，用改进的满应力法进行求解，方法简单、实用。提出的分层优化技术能使最优结构更为清晰。分层优化方法的基本思想是按载荷大小分为几个层次，后面层次的拓扑优化以前面层次得到的最优拓扑为基础，通过逐层优化，最终得到最优结构。分层优化时主要考虑属于本层载荷的影响，避免大小载荷混在一起，最优拓扑模糊不清的问题。为解决各层优化单元厚度相关太大，易造成结构刚度矩阵奇异的问题，提出对相应参数的调整方法。算例表明该方法是有效的。     

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。     

连续体结构拓扑优化方法及存在问题分析

文章深入分析国内外连续体结构拓扑优化的研究现状,介绍了拓扑优化方法的发展及实现过程中存在的问题。对比分析了均匀化方法,渐进结构优化法,变密度法的优缺点。研究了连续体结构拓扑优化过程中产生数值不稳定现象的原因,重点讨论了灰度单元,棋盘格式,网格依赖性的数值不稳定现象,并针对每一种数值不稳定现象提出了相应的解决办法。     

结构多目标拓扑优化目标函数构建方法的研究

为实现结构材料的多目标拓扑优化设计,基于数学规划法提出一种广义的平均距离法,用以研究多目标拓扑优化目标函数的构建方法。介绍了运用平均距离法演变的将多目标转化为单目标的多种方法,并以汽车悬架控制臂为实例,应用演变的多种方法进行拓扑优化仿真研究。研究表明：运用平均距离法演变的多种方法可以灵活地构建多目标优化目标函数,基于所构建的目标函数可以寻找较优的构建方法,更好地将平均距离理念应用于多目标结构优化设计。     

基于wolf法则的连续体结构仿生拓扑优化方法

基于生物力学中的Wolff法则指的是骨具有适应力学环境的功能,它将根据周围的力学环境调整自身的拓扑结构和形状,以最小的重量实现最优的结构和最大的强度。将基于反应扩散方程的骨骼重建模型通过有限元方法和像素单元的添加和删除准则对连续体结构拓扑优化设计提出了基于Wolff法则的仿生拓扑优化计算方法。对连续体结构拓扑优化中被广泛应用的短悬臂梁结构进行拓扑优化计算,以及其结果与其它几种拓扑优化方法进行比较,验证了文中方法的有效性。     

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。     

连续体结构的柔顺机构拓扑优化设计

通过对连续体结构柔顺机构的拓扑分析,提出了连续体柔顺机构拓扑优化方法,即同时考虑最大化的互应变能和应变能,即系统的刚度和柔度;建立其数学模型并用此分析其约束的敏度。     

具有位移和频率约束的连续体结构拓扑优化的一种混合方法

研究位移和频率约束下连续体结构的拓扑优化问题,充分利用优化准则法的特点,并有效结合ICM(independent, continuous, mapping)方法建模、独立灵敏度分析、滤波、灵敏度再分配、基于均值的两端分化策略和数学形态学的处理等多个步骤进行求解.数值算例的结果表明文中方法计算效率高,优化结果较稳定、合理.     

控制臂多目标拓扑优化研究

以控制臂为对象,研究了结构材料的多目标拓扑优化问题。应用加权特征值倒数法和折中规划法相结合的方法建立静动态多目标优化数学模型。在连续体结构变密度拓扑优化方法的基础上,建立了控制臂拓扑优化的有限元模型,确定子目标权重系数,进行了多目标拓扑优化。优化结果得到了材料的理想分布,提高了结构固有频率,减低了结构质量,实现多目标的同步优化。     

一种梁结构静态拓扑参数同时优化方法

在渐进结构优化方法(evolutionary structural optimization,ESO)的基础上,提出梁结构的静态拓扑参数综合优化方法。在优化过程中,首先将单元灵敏度计算公式通过截面特性加权变成拓扑参数修改灵敏度分析方法,并提出避免"载荷病态"的灵敏度复合方法来处理多载荷工况。其次将单元根据结构设计要求进行分组,并将可选的梁截面根据属性大小进行编号。最后根据综合灵敏度的大小,修改对应组的梁截面特性编号。将所提的方法应用于某汽车车身轻量化设计中,数值算例表明所提出的方法是有效的。     

设计相关动压力作用下连续体结构拓扑优化

针对动压力作用下连续体结构拓扑优化问题,文中以结构动柔顺度为目标,以材料体积为约束,建立拓扑优化模型.该优化问题作为一般动力学拓扑优化问题的延伸,其动压力载荷不仅随着时间简谐变化,而且随着结构拓扑和形状的变化而改变力的作用点和方向.文中提出一种基于单元的边界搜索方法,简便而准确地获得优化过程中的压力加载边界.同时采用RAMP(rational approximation of material properties)方法消除局部模态现象.数值算例表明,采用这种新的边界搜索方法,结合RAMP方法处理此类问题是有效的.     

基于元结构和框架优选的数控机床床身结构动态设计研究

提出数控机床大件结构设计元结构和基本框架的概念,把由床身筋板围成的栅格称为筋格,床身的宏观构形为基本框架。筋格的动态特性直接影响机床床身的动态特性。分别以筋格各边长、板厚和清砂孔径为设计变量,以筋格的固有频率为优化目标,进行有限元动态设计,得到相应的筋格的基频随设计变量变化的曲线图;通过有限元分析,忏悔 床身的高度与宽度接近时,床身的动态特性较好。用有限元分析法对简化的床身结构动态特性进行研究,总结出对数控机床身设计具有普遍指导意义的规律,可用于数控机床床身结构初步设计。     

基于非概率可靠性的连续体结构拓扑优化设计

研究区间参数的连续体结构在区间载荷作用下的拓扑优化设计问题.构建区间载荷作用下区间参数连续体结构的拓扑优化设计数学模型,以结构的形状拓扑信息为设计变量,结构总质量均值极小化为目标函数,满足单元区间应力非概率可靠性为约束条件.基于区间因子法,导出应力响应的均值和离差的计算表达式.采用双方向渐进结构优化(bi-directional evolutionary structural optimization, BESO)的求解策略与方法.通过两个算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和方法的有效性.     

基于可靠性的连续体结构拓扑优化设计

建立水平集函数为设计变量、刚度极小化为目标、具有可靠性约束的连续体结构拓扑优化模型,并提出相应的优化算法.文中提出的基于可靠性的结构拓扑优化算法方法分为两个步骤,结构可靠性分析和结构拓扑优化.可靠性分析采用计算简便、效率高的一次二阶矩法,结构拓扑优化设计则应用稳定高效、最优结构清晰的水平集方法.最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例,表明文中提出的方法既简单又有效.     

柱状耐压结构参数化分析与多目标优化研究

为提高柱状耐压结构设计效率与性能,确定了强度及稳定性分析方法,对于初始方案进行了分析.利用Python语言针对Abaqus软件进行了二次开发,利用iSight软件对于Abaqus进行了集成,设计了耐压结构参数化分析流程,可实现柱状耐压结构的自动建模与分析.利用最优拉丁超立方方法进行了样本点的选取,对于设计变量进行了灵敏...     

周期性复合材料微结构的多目标拓扑优化设计

基于多尺度均匀化方法,以组分材料用量为约束,以等效弹性模量矩阵主对角线上分量的加权组合最大为目标,建立周期性复合材料微结构的多目标优化设计模型。利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应,实现微结构的构型优化。研究比较微结构网格粗细、材料组分比对不同目标元素优化结果的影响。通过典型算例验证优化模型和优化算法的有效性。     

基于区间可能度的区间参数桁架结构多目标拓扑优化

研究区间参数桁架结构在应力和频率约束下的多目标拓扑优化问题,即构建区间参数桁架结构的多目标拓扑优化模型,以各杆截面面积和拓扑逻辑变量为设计变量,结构总质量和结构最大位移上限最小为目标函数,满足单元区间应力可能度、区间频率可能度为约束条件.利用泰勒展开和函数的区间扩张导出应力、位移和频率响应的区间包,采用基于个体排序的Pareto 遗传算法求解其有约束多目标优化问题.两个数值算例验证文中模型及求解策略与方法的合理性和有效性.