考虑增材制造倾角约束的结构拓扑优化方法

为解决悬臂结构增材制造过程中的自支撑问题,本文提出了一种考虑制造倾角约束的结构拓扑优化方法,建立了满足增材制造倾角约束的单元密度更新迭代规则。以结构柔度最小为优化目标,得到了具有倾角约束的拓扑构型,采用熔融沉积型技术进行制备。结果表明,考虑增材制造倾角约束的连续体结构拓扑优化方法是有效的,该方法能够控制拓扑构型的倾角,可以实现在不添加额外支撑结构的情况下直接进行增材制造。     

基于各向异性亥姆霍兹方程的空腔连通性约束拓扑优化设计方法

针对增材制造加工拓扑优化结构存在的内部空腔难以加工和支撑材料无法去除的问题,提出一种基于各向异性亥姆霍兹方程的拓扑优化方法,能够简单有效地实现考虑空腔连通性约束的结构拓扑优化。首先,根据封闭空腔结构特点,定义了结构连续性作为结构连通性的等效描述,便于在拓扑优化框架内添加连通性约束;然后,采用各向异性亥姆霍兹方程,通过设置各向异性参数保证实体结构在特定方向上的连续性,构建了包含空腔连通性限制的拓扑优化模型;最后,采用MMA算法求解拓扑优化模型,实现了考虑空腔连通性约束的结构拓扑优化。多个优化算例结果表明,相比于传统方法,该方法能够在不添加新的约束条件和中间变量的基础上,即可抑制拓扑优化设计中封闭空腔结构的产生,构成面向增材制造的拓扑优化结构。同时,该方法很容易拓展到考虑传统制造约束的拓扑优化模型中,避免设计中出现封闭空腔结构。     

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。     

基于KNN方法的多约束下连续体结构拓扑优化设计

提出了多约束下连续体结构拓扑优化设计的K邻近(KNN)方法。首先以结构单元作为样本,将整个设计区域看作是样本空间,将连续体结构拓扑优化看作是一种对单元的模式识别;然后利用单元应力和位移灵敏度作为单元样本的特征向量,利用特征向量的欧氏距离为识别标准,引入模式识别的KNN方法进行多约束下的连续体结构拓扑优化设计;最后给出计算示例的优化结果来表明该方法是可行的。     

基于反应-扩散模型的连续体结构拓扑优化仿生方法

通过反应-扩散模型和有限元方法的耦合建立了骨重建数学模型。通过像素单元的添加和删除准则,把骨重建过程转化为材料形成和材料被吸收过程,对连续体结构提出仿生拓扑优化计算方法。再次对连续体结构拓扑优化中广泛被应用的Michell型结构进行拓扑优化计算,以及将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。最终在两种不同边界条件下对长悬臂梁模型进行拓扑优化计算,获得规则性和对称性的拓扑形式。     

平面连续体结构拓扑优化及结果重构

探讨了基于应力及其灵敏度数的平面连续体结构拓扑优化,在此基础上针对优化过程中由于棋盘格问题和模型离散后优化结果边缘呈现锯齿状,导致加工和制造困难问题,提出了利用成熟的逆向工程方法来重构优化结果的方案,在不增加计算负担的前提下,很好地解决了由于有限元方法离散和数值计算不稳定所带来的制造加工困难问题.     

结构拓扑优化中过滤函数对优化效率的影响

基于ICM方法,建立了以重量为目标,分别在应力、位移、应力和位移联合约束下的连续体结构拓扑优化模型,并采用约束集成化方法对其进行求解。同时,利用幂指数形式下重量过滤函数与刚度过滤函数之间的不变量,针对不同幂指数的重量过滤函数,求出刚度过滤函数。最后,通过数值算例分析研究了不同过滤函数对连续体结构拓扑优化效率的影响,结果表明,在连续体结构拓扑优化中,应用非线性过滤函数,优化结果收敛快,迭代次数少,稳定性好。     

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。     

基于IPTO算法的连续体结构可靠性拓扑优化

研究结构几何尺寸、结构材料体积及作用载荷不确定条件下的连续体结构可靠性拓扑优化问题,提出基于改进比例拓扑优化(Improved Proportional Topology Optimization,IPTO)算法的可靠性拓扑优化方法.基于概率方法描述变量的不确定性,建立综合考虑材料体积约束和可靠性约束且使柔度最小的连续体结构可靠性拓扑优化数学模型;为提高计算效率,使用基于解耦思想的混合法将可靠性拓扑优化问题解耦成可靠性分析和当量确定性拓扑优化两个独立子问题.在可靠性分析阶段,遵循一阶可靠度法中可靠性指标的几何意义,获取满足可靠性约束且服从正态分布的随机变量,并通过逆变换对其进行修正;在当量确定性拓扑优化阶段,以修正后的随机变量作为设计参数,使用具有无需获取灵敏度信息功能的IPTO算法对结构执行拓扑优化设计.最后使用MBB梁和悬臂梁两个算例证实了所提方法的有效性.     

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。     

基于粒子群理论的板形模糊模式识别方法

带钢板形的模式识别是板形闭环控制的关键环节,板形模式的识别结果直接影响着板形控制精度.随着板形控制手段的不断更新,对板形模式识别方法提出更高的要求.为克服传统板形模式识别方法抗干扰能力差、逼近阶难以确定的缺点,依据模糊分类原理,运用欧式距离的择近原则对板形模式进行分类,完成板形信号的模式识别.在此基础上,为进一步提高识别精度,将20世纪90年代发展起来的具有全局优化能力的粒子群理论应用于板形模式识别,对模式识别的结果进行优化,并将其与单纯形法优化结果进行对比.试验结果证明了粒子群优化算法的有效性,该算法能够提高识别精度,使优化后的结果能更精确地控制板形调控机构,以适应高精度板形控制要求.     

基于Pareto解集的多目标优化方法及其应用

针对传统多目标优化设计方法的弱点，基于Pareto概念，借助遗传算法所具有的并行搜索特性，引入群体排序技术、小生境技术求得多目标优化问题的Pareto解集，实现了先寻优后决策的求解模式。实际工程算例表明，该模式可同时获得多个Pareto最优解，据此决策能有效弱化设计人员先验知识不足的影响，因而较传统多目标优化方法更为实用有效。     

基于KPCA和PSOSVM的异步电机故障诊断

针对异步电机故障振动信号具有较强的非线性特征,而传统的线性分析方法易造成振动信号非线性成分的丢失这一情况,提出一种核主元分析和粒子群支持向量机相结合的异步电机故障诊断方法。利用核函数实现输入空间到高维特征空间的非线性映射以及对映射数据的主元分析,得到原始样本的非线性主元,实现特征提取和数据压缩,将获得的核主元特征通过支持向量机进行模式识别。采用距离比值法和粒子群算法分别对核主元分析和支持向量机的参数进行双重优化选择。实验结果表明,该方法能有效提取故障信号的非线性特征,具有较强的非线性模式识别能力,相比主元分析和支持向量机方法,分类效果更好,实时性更强,可快速有效实现异步电机故障诊断。     

Surface roughness and geometrical characterization of ultra-thick micro moulds for ceramic micro fabrication using soft lithography

Ceramic micro fabrication using soft lithography is a well-known technique used to pattern high-aspect-ratio microstructures. The quality of the pattern highly relies on the quality of the moulds. This paper describes the surface roughness and geometrical characterization of soft lithography technique for the fabrication of ceramic micro components. Effects of patterning materials and methods on the produced geometry, repeatability and surface roughness were studied and a comparative study was performed for the optimization process. UV lithography of BPR100 and SU-8 and deep reactive ion etching are the methods for fabricating the master mould. In addition, polydimethylsiloxane and Dragon Skin elastomeric have been used in the fabrication of the soft moulds. Mould geometry was inspected using SEM images while surface roughness was measured using stereo imaging. The results show that the maximum obtained thicknesses are 1,000, 250 and 500 μm for SU-8, BPR100 and DRIE moulds. In addition, their surface roughness values are higher than the SU-8. On the other hand, Dragon Skin shows demoulding problems despite it has smoother surface than PDMS mould.     

交互式优化设计方法综述

对国内外交互式优化方法进行了归纳总结,并依据人解决优化问题侧重点的不同,将交互式优化方法分成交互式的动态修正模型法、交互式的方案评价法和多方式混合交互方法。分别讨论了这几类交互式优化方法的特点及应用范围,最后讨论了尚有待深入研究的问题,为机械工程复杂装备设计与研究提供方法研究基础。     

直廓环面蜗杆几何参数和修形的优化设计

根据提出的直廓环面蜗杆优化设计的原则和目标。本文运用复合形法解决了直廓环面蜗杆各种修形的参数优化。根据修形原理,建立了约束条件和数学模型,实现了修形的优化。从优化的原理、目标和方法出发,成功地编制了直廓环面蜗杆的优化设计程序,并对优化结果作了举例和比较。     

结构系统的优化理论与设计方法探究

对结构多目标优化的方法进行了综述，并对多目标优化方法的最新进展，特别是关于拓扑优化、模糊优化与渐进结构优化做了阐述。最后，对多目标优化方法在飞机结构设计中的最新应用研究做了简要的介绍。     

离散多目标优化问题的研究

现有优化方法大多针对连续变量,用于离散变量优化的方法较少,尤其离散多目标问题的优化的方法更少。总结了离散多目标问题的优化方法,并指出了其发展趋势。     

Constrained minimization utilizing GA based pattern recognition of immune system

The immune system has pattern recognition capabilities based on reinforced learning, memory and affinity maturation interacting between antigens and antibodies. The paper deals with the adaptation of artificial immune system into genetic algorithm based design optimization. The present study utilizes the pattern recognition from the immune system and the evolution from genetic algorithm. The basic idea is derived from the fact that designs should be distinguished whether they are usable/feasible or infeasible and should be improved towards the optimal solution. For the expression of design solutions, binary coded strings are used to represent antigens and antibodies in artificial immune system and chromosomes in genetic algorithm. The paper discusses the procedure of constrained optimization that does not rely on any detailed mathematical formulation for constraint handling. A number of mathematical function minimization problems are examined for verification, and practical engineering optimization problems including inequality constraints are explored to support the proposed strategy.     

机床结构轻量化设计研究进展

对机床进行优化的结构构型设计,使得材料在机床结构空间内更加合理地分布和有效地利用,一直都是机床设计工作者追求探索的目标。论述机床构型和结构件轻量化设计的研究历程和技术发展,对机床结构轻量化设计中常用的现代设计方法:参数优化、结构拓扑优化、多方法综合结构设计、仿生优化设计方法进行具体技术介绍和综合评述,并对近年兴起的仿生优化设计方法进行从方法、实现手段和轻量化效果等方面重点分析和评述,对机床构型和结构件轻量化设计研究的未来发展提出展望。