两吨货车车架的结构拓扑优化设计

以轻量化作为目标函数,刚度和固有频率作为约束条件,对某两吨货车车架进行结构拓扑优化设计,经计算获得满足约束条件的拓扑形态,在此基础上将其进行抽象,提取实际车架模型,并对此模型进行了有限元分析.     

应力约束下连续体结构的拓扑优化

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用独立、连续、映射方法,对单元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型．引入了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率．并在MSC／Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,分析了结构在拓扑优化前后的应力分布．二维和三维数值算例表明该算法具有可行性和有效性．     

基于应变能及应力的桥梁结构拓扑优化设计

桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在结构的拓扑优化过程中,必须考虑载荷的变化.导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的应变能灵敏度公式,建立了考虑应力和应变能要求的多约束三维结构优化算法.     

位移约束下连续体结构拓扑优化分析

为了研究位移约束下多工况连续体结构拓扑优化问题,基于ICM(独立、连续、映射)方法,建立了以结构质量为目标的拓扑优化模型.刊用单位虚载荷法,将位移约束表示为设计变量的显式关系.另外,利用对偶理论,将建立的优化模型转化为对偶模型,用序列二次规划法进行求解,从而减少了设计变量的数目,提高了求解效率.利用PCL语言在MSC/Patran开发平台上对本算法进行了实现,二维和三维连续体结构的数值算例表明了该方法的可行性与有效性.     

具有频率约束的结构拓扑优化新方法

提出一种基于拓扑组概念的实际方法，去寻求桁架的优化布局，桁架除了基频约束外，还外有应力，位移，欧拉失稳约束，考虑多种载荷情况，并假设每个原有节点的质量不变，优化的费用函数不仅包含构件费用，还包含节点费用。从原始结构着手，通过使用二进制组合算法来产生一系列具有不同节点分布的子结构，即拓扑组，优化之前需检查拓扑组的意义，如果一个拓扑组是无意义的，则被舍去，反之进入求解一个横截面积优化问题，为了避免结果奇异，在优化过程中，给被删去的构件一个微小的截面积，使一个给定的拓扑组的结构维数保持不变，使用一维抛物线插值法解决非线性约束问题，构成算法的一部分。桁架算例验证了解提出的方法的有效性。     

汽车变速箱壳体结构拓扑优化设计

将基于变密度法的拓扑优化技术引入到汽车变速箱壳体结构设计中,同时在优化过程中考虑了制造工艺的约束。首先通过对变速箱壳体分别进行静态和动态拓扑优化来提高变速箱壳体结构的强度、刚度、固有频率以及控制结构重量。然后根据拓扑优化结果并综合考虑其制造工艺等要求,对变速箱壳体进行详细的结构设计。最后对变速箱壳体最终设计模型进行应力分析和模态分析,结果表明:该变速箱设计方案不仅在各工况下的应力水平低于材料屈服极限,而且一阶模态避开了动力总成系统共振敏感区。     

一种多工况下桁架结构的拓扑优化设计方法

论文提出了一种桁架结构在多工况作用下满足平衡条件的拓扑优化设计方法。在该方法中,以杆件内力为设计变量,结构重量为目标函数,将拓扑优化模型描述为一个非光滑的数学规划问题,而后通过变量代换将其转化为光滑的非线性规划问题,进而将原问题的解转化为几个线性规划问题的解。方法保证得到两工况下的精确最优解,多工况(大于等于3)下的近似最优解。几个工程算例结果说明了该方法的合理性与有效性。     

应力约束下连续体结构拓扑优化的ICM方法

为了研究应力约束下连续体结构拓扑优化问题,利用ICM (independent continuous mapping)方法,对单元质量和许用应力采用不同的过滤函数,建立了以质量为目标,应力约束下的连续体结构拓扑优化模型.引入了新的删除准则,利用二分法得到了自适应的删除率,减少了迭代次数,提高了求解效率.在MSC/Patran&Nastran软件的开发平台上实现了该算法,二维和三维数值算例表明了该方法的可行性和有效性.     

某型载货车车架结构的拓扑优化

采用均匀化方法,以车架的总柔度为目标函数,以体积作为约束条件,对在弯曲和弯扭联合两种工况下的某型载货车车架结构进行了拓扑优化设计,经计算获得满足体积约束并使总柔度最小的车架拓扑形式,为横梁的分布数量、位置及纵梁的加强方式提供了依据,为该型载货车车架提供了结构的概念化设计方法。     

基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值, 以结构拓扑和索力值为设计变量, 以Von Mises应力为约束条件, 建立了以结构质量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上, 首先以结构储存应变能最小 (刚度最大) 确定施加在结构上的索力值, 然后采用渐进结构优化法删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

连续体结构拓扑优化的应力约束全局化(英文)

连续体结构拓扑优化面临3个困难:1)基于柔顺度为目标的连续体结构,多工况问题是多目标问题,相比较单工况而言,更难于解决;2)局部性约束问题．如单元应力极限,比全局性约束问题如位移或频率极限,要复杂的多,因为局部约束问题敏度分析计算量巨大．3)载荷病态问题．类似于结构分析中的“总刚病态”,不容易得到最终的合理的拓扑结构,因为考虑到当载荷的大小差距较大时,在迭代过程中,小载荷的传力路径有可能消失．为克服上述困难,采取了如下措施: 1)利用ICM方法建立拓扑优化模型．2)基于von Mises强度理论,所有单元的应力约束转化为结构的应变能约束,即全局的约束代替了局部约束．3)载荷病态被分成3种情况:(a)各工况间有载荷病态,但工况内无载荷病态;(b)仅在某工况内部有载荷病态;(c)各工况间有载荷病态,同时某工况内也有载荷病态．4)采用应力全局化的ICM方法,基于应变能的策略,上述提到的3种载荷病态问题按照不同的方法逐个得到了解决．数值算例说明了用全局应变能约束代替局部应力约束,传力路径更容易得到．用结构应变能代替载荷作为调整系数的方法非常好地解决了载荷病态问题．     

关于桁架结构拓扑与布局优化设计的若干问题

本文通过简单的数值算例对桁架结构拓扑与布局优化的实质进行了深入的探讨，指出了当前一些观战的不完全之处，得到了一些有价值的结论，对今后拓扑与布局优化的研究可以起到借鉴的作用。     

输电塔结构的拓扑优化设计方法

目的 为提出一种高效的输电塔结构拓扑优化方法和简单实用的用户操作界面.方法 在蚁群优化思想的基础上,采用逻辑变量表示节点间是否有杆件连接,将结构拓扑优化问题转换成为经典的旅行商问题,成功实现了输电塔结构在离散系统下的拓扑优化.基于MATLAB系统平台,编写了输电塔结构拓扑优化设计程序和用户界面.结果 通过对两个经典拓扑算例的演算,证明了蚁群算法在设计平面和空间输电塔桁架结构时具有很好的拓扑优化效果和工程实用价值.结论 笔者提出的基于蚁群算法的输电塔结构拓扑优化数值模拟结果,明显优于其他拓扑优化方法,程序实现了输入数据和输出结果规范化和可视化的要求.     

桁架结构尺寸和形状、拓扑的渐进优化方法

提出了一种求解桁架结构尺寸，形状和拓扑组合优化的渐进优化方法。将优化问题分解为拓扑优化和尺寸、形状优化两个子问题分层求解。通过连续化的拓扑变量和近似方法构造了拓扑变量灵敏度系数计算式，由拓扑变量灵敏度系数识别和删除杆件单元。结构尺寸、形状优化采用准则法和渐进移点法的组合方法。分层优化时，在桁架中加上所有可能的杆件，先进行尺寸、形状优化，再进行拓扑优化，随后二者交替进行迭代，迭代过程的结构重量最小值即为最优解。算例表明了文中方法的有效性，以及组合优化最优解不一定是杆件数目较少的解。     

具有稳定约束桁架结构的优化设计

对于型钢、组合截面工字钢所构成的大跨度、重载下的桁架钢结构,在满足强度、位移、刚度及稳定约束条件下,以结构重量最轻为目标,进行结构优化设计。文章重点讨论如何处理稳定及刚度约束。文后作了实例计算,结果表明,处理方法是合理的。     

基于子结构的内力约束连续体拓扑优化

通过拓扑优化可以得到传力路径,不同传力路径对应不同内力载荷。如果将内力载荷作为目标或约束进行拓扑优化,可以得到满足不同需求的传力路径,为拓扑优化的发展提供新思路和新方法。为了得到不同内力载荷需求的传力路径,基于子结构法将结构分开使内力暴露出来。以结构质量最小为目标,以内力为约束建立拓扑优化模型,基于独立、连续、映射( independent, continuous, mapping, ICM)方法和单位载荷法将内力显式化,通过累加获得需要控制的传力路径上的内力,通过迭代调整2个路径上的内力使其比值达到一个稳定的值,从而获得满足内力约束的传力路径。算例表明：不同的内力约束可以得到不同的传力路径。     

基于ESO的反射镜拓扑优化设计

针对目前反射镜拓扑优化存在的局限性和渐进结构优化的优点,提出了用渐进结构优化的方法对镜体进行拓扑寻优。分析了渐进结构优化的原理并进行了改进,同时对比了不同模型和删除参数的影响,对镜体在竖直和水平两种工况下分别进行分析,得到了在复合工况下材料的最佳分布(载荷传递路径),分析了这个结果与现有镜体结构形式的异同,给出了改进建议,根据上述最佳材料分布加以整理,提出了一种多点支撑下的镜体结构形式,对以后相关设计具有一定的参考价值。     

连续体结构屈曲约束下拓扑优化的ICM方法

用独立、连续、映射(ICM)方法解决具有屈曲约束的连续体拓扑优化问题．引入独立、连续的拓扑变量,建立以质量为目标,屈曲临界力为约束的连续体结构拓扑优化模型．借助Taylor expansion将目标函数作二阶近似展开;借助Rayleigh’s quotient,Taylor expansion,过滤函数将约束化为近似显函数,减少了灵敏度的计算量将优化模型用对偶规划方法求解,减少了设计变量的数目,缩小了模型的求解规模,得到较为理想的拓扑优化结果．算例表明,ICM方法在屈曲约束的连续体结构拓扑优化中可行性好、效率较高．