基于双向渐进结构优化法的柔性机构设计

基于双向渐进结构优化法提出一种面向柔性机构的拓扑优化设计策略.由于采用0/1离散拓扑设计变量和启发式变量更新机制,双向渐进结构优化法一般适用于结构刚度相关的凸优化设计问题.柔性机构以最大化驱动端的位移为设计目标,属于典型的非凸优化问题,难以直接应用该方法开展相应的设计.针对于此,通过定义一种由驱动位移和刚度特性(柔顺度...     

双向渐进结构拓扑优化设计研究

双向渐进结构优化法（BESO）是近年来兴起的一种懈决各类结构优化问题的数值方法。其原理是通过同时删除和增补单元,使剩下的结构逐渐趋于优化。文章提出了基于应力约束的渐进结构优化方法,与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便,并通过算例证明该方法的有效性和可行性。     

基于改进双向渐进结构法的岸桥门框结构拓扑优化

针对拓扑优化过程中存在的数值不稳定问题、优化后的结构呈现病态不利于转化为工程上可以实施的问题,文中采用基于统一排序的单元增删方法,提出了一种在双渐进结构法中改进增删单元最大增加率和单元最大删除率的策略,通过限制拓扑优化过程中相邻的两个迭代步结构相差过大,确保迭代过程中变化平稳。对岸桥的门框结构进行验证,结合岸桥的特点,进行合理的模型简化,建立了岸桥的有限元模型。选择小车在大梁上的4个典型位置作为计算工况,对岸桥进行不同工况下拓扑优化,并对优化结果重构,为岸桥的设计提供了启示。     

基于应力的双向渐进结构拓扑优化设计

双向渐进结构优化法（BESO）是近年来兴起的一种解决各类结构优化问题的数值方法,其原理是通过同时删除和增补单元,使剩下的结构逐渐趋于优化。提出了基于应力约束的渐进结构优化方法,与其它优化方法相比,该方法原理简单,计算效率高,工程应用方便,并通过算例证明该方法的有效性和可行性。     

基于应力刚度约束的连续体双向渐进结构优化

为了使结构优化更好地模拟实际情况,在分析了有限元理论和材料力学关系的基础上.找出了约束之间的本质联系,提出了基于应力、刚度双重约束的渐进结构优化方法.同时,将单元生死技术引入结构优化中.根据有限元分析结果,在杀死低效能单元的同时,在高效单元周围增加单元,实现了结构的双向渐进优化.最后,数值算例表明该方法的有效性,改善了优化结果,提高了优化效率.     

双向渐进结构优化法原理及其动力学优化研究

针对等效静载荷优化(ESLO)计算效率低、优化流程复杂的问题,将双向渐进结构法引入到等效静载荷优化中。以双向渐进结构法作为优化迭代环方法,对动态响应拓扑优化流程进行了改进,并重新定义了收敛准则;通过2个算例验证了该方法的可行性。研究结果表明,当设计循环次数n大于1时,所提出的方法每次设计外循环消耗的时间小于原始方法消耗的时间,因此整体优化时间减少了;说明该方法适用于结构动态响应拓扑优化,同时效率更高。     

结合专家群体评估法的渐进结构优化算法

结构拓扑优化作为现在迅速发展的结构化设计的一个分支,已得到广泛应用。基于渐进结构优化(ESO)方法,结合灰色理论中的专家群体评估法,得到一种新的处理多目标优化的方法。首先使用线性加权法对一平面简支梁进行优化分析得到三组拓扑结构。然后运用该新方法对同一算例进行优化得到三组拓扑结构。并将最终拓扑结构进行对比。     

基于固有振型的非确定性振动结构稳健拓扑优化

考虑结构材料弹性模量和质量密度的随机性,构建以期望固有振型为目标的振动结构稳健拓扑优化模型,其中引入加权系数构建包括原目标函数均值及其标准差的新目标函数,引入原约束函数的标准差及满足约束的概率指标作为稳健性约束条件.利用Monte Carlo模拟法求目标函数和约束函数的均值和方差.在计算目标函数和约束函数对设计变量灵敏度的基础上,采用序列线性规划方法进行优化求解.两个数值算例及其结果验证所建模型的合理性和方法的有效性.     

基于自适应p型有限元方法的双向渐进结构拓扑优化

针对拓扑优化过程中计算精度对优化结果的影响,将自适应p型有限元与双向渐进结构拓扑优化BESO(Bidirectional Evolutionary Structural Optimization)相结合,根据误差控制参数设置,通过单元能量误差分析,自适应地提高单元阶次,有效改善有限元计算精度,并采用灵敏度过滤算法和稳定策略,减轻了棋盘格和迭代振荡现象。通过最小柔度拓扑优化问题实例的计算,验证了该方法的可行性,结果表明所提出方法可在较粗糙的网格下提高拓扑优化计算精度,得到更高的优化效率和更好的优化结果。     

斗轮轮体双向结构渐进优化

采用双向结构渐进优化方法(BESO)研究斗轮轮体结构优化问题,获得了较清晰的结果。斗轮轮体为典型的循环对称结构,其几何特征导致其无法划分为均匀一致的网格,造成单元灵敏度与单元体积直接相关,优化结果具有体积依赖性,无法获得正确的结果。针对这一情况,并以单元灵敏度密度为依据进行双向结构渐进优化,在其中采用灵敏度密度过滤方法抑制棋盘格的产生,使用EPCM方法实现单元增删。结果表明,该方法在工程实际上有很大的灵活性和实用性。     

电动自行车主车架结构的优化设计

对某电动自行车钢结构主车架进行计算机优化设计,并选用镁合金材料来减轻质量。利用拓扑优化和尺寸优化技术获得新的车架结构和管件尺寸,并进行静力分析和模态分析。与原钢架相比,优化后的镁合金主车架质量减少60%,固有频率提高。结果表明,新结构的强度和刚度达到设计要求。     

用拓扑优化方法进行热传导散热体的结构优化设计

分析了拓扑优化中的材料密度方法和优化准则数值求解算法,将结构力学中的拓扑优化方法应用到热传导结构的优化设计中,建立了热传导结构的拓扑优化数学模型,以设计具有最佳散热效果情况下的结构拓扑分布,为传热体的结构优化设计提供了一种有效的新思路和方法。     

基于应变能的双方向结构渐进优化方法

渐进结构优化法已发展成为工程设计中的一种重要方法,但由于其误删除单元的不可恢复性限制了它的广泛应用。文中基于在优化结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路,并结合evdutionary structural optimization(ESO)方法和单元应变能分析,建立结构有限单元增、删的准则,给出一种基于应变能的结构拓扑双方向渐进优化算法。算例表明该方法是正确和有效的。     

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.     

典型三维机械结构拓扑优化设计

为了提高拥有数万个单元以上的三维机械结构拓扑优化的计算效率, 基于渐进结构优化方法, 并结合结构位移计算的迭代方法, 建立一套三维机械结构拓扑优化的求解策略和算法.然后, 构建分别用于结构分析和结构优化迭代的两套数据流和它们间的映射方法, 研究和开发三维机械结构拓扑优化设计软件.完成几个典型和复杂的三维机械结构的仿真优化设计.设计结果表明,发展的方法和软件是正确和有效的, 且具有广泛的工程应用前景.     

LEVEL SET METHOD FOR TOPOLOGICAL OPTIMIZATION APPLYING TO STRUCTURE, MECHANISM AND MATERIAL DESIGNS

Based on a level set model, a topology optimization method has been suggested recently. Ituses a level set to express the moving structural boundary which can flexibly handle complex topo-logical changes. By combining vector level set models with gradient projection technology, the levelset method for topological optimization is extended to a topological optimization problem withmulti-constraints, multi-materials and multi-load cases. Meanwhile, an appropriate nonlinear speedmapping is established in the tangential space of the active constraints for a fast convergence. Then themethod is applied to structure designs, mechanism and material designs by a number of benchmarkexamples. Finally, in order to further improve computational efficiency and overcome the difficultythat the level set method cannot generate new material interfaces during the optimization process, thetopological derivative analysis is incorporated into the level set method for topological optimization,and a topological derivative and l     

基于有限元分析的数控机床床身结构动态优化设计方法研究

运用结构动态设计原理和有限元法(finite element method)的变量化分析技术,提出一种数控机床床身结构的动态设计方法和流程。结构的固有频率越高,其动、静刚度越好。以一立式加工中心床身为例,先提取床身的典型元结构和框架结构对其进行优化,在此基础上以床身结构固有频率为优化目标,以元结构和框架结构优化结果为依据,提出该床身结构若干改进方案,并对各方案进行比较分析。文中提出的方法可推广到其他结构的动态设计中。     

随机结构动力响应分析的加权残值方法

基于矩法和加权残值法两者的特点,提出随机结构动力响应分析的一种新方法。该法是将加权残值法和概率论中的矩法相结合,对物理参数、几何参数和作用载荷具有随机性的结构进行动力响应数字特征分析。此法简便可行,且能获得结构中各个参数的随机性对结构动力响应的影响。通过梁和板的两算例,证明文中方法的可行性和有效性。     

静定桁架结构截面最优化设计的功定向配置法

以Kuhn-Tucker函数的极值条件为出发点,证明多节点位移与多杆内应力约束下结构重量最轻化问题可转化为单约束问题来求解,可将位移—重量分配准则和应力—重量分配准则转化为功定向分配准则。利用功能互等定理,将位移与应力约束统一为功的定向约束,以此为基础构造出功定向配置法,以各承受节点载荷的节点位移作为约束控制点,组成具有正定性质的位移约束;或用位移约束与应力约束的组合,构成具有正定性质的位移与应力约束;结合位移极射法和满应力法获取最优解。并用二杆和六杆静定桁架结构的算例验证相关理论和算法。     

发动机排气制动阀支架的频率优化设计

以某发动机排气制动阀支架为例,阐述动态拓扑优化技术在工程上的应用。该支架在使用过程中由于共振产生断裂,故根据有限元分析和模态分析结果建立合理的拓扑优化模型,加以工艺制造约束和模态追踪控制。在保证结构质量不增加的前提下,利用拓扑优化技术实现了发动机排气系统固有频率的优化设计。优化后的支架不仅可以避开原系统的共振区域,降低支架重量,而且可以简化支架的加工工艺,既能降低生产成本,又能减少冲压过程中形成弯角褶皱的风险。