基于连续阶跃参考应力的SKO结构拓扑优化方法

为避免在以参考应力作为删除准则的SKO方法中的早熟现象,提出了基于连续阶跃参考应力的SKO结构拓扑优化方法。该方法以结构平均应力乘以一个可随迭代状态自动调节的权重系数作为参考应力,当结构达到一个局部最优状态时,权重系数自动增加一增量,参考应力阶跃增加,从而使寻优过程继续。该方法包含二重循环,内循环为局部寻优过程,外循环为全局寻优过程。当结构的总体积变化小于给定的总体体积容差时,寻优过程结束。最后研究了该方法中参数的选择原则,并通过若干典型算例说明了方法的有效性。     

用于刚性机械手结构拓扑优化的叠加方法

针对考虑动态载荷条件的刚性机器手连杆的拓扑优化问题,提出了一种类似于等效静载荷技术的综合拓扑叠加方法.该方法是将对应于不同角度位置的单个最佳拓扑叠加,以便在所有角度位置都有较好的综合效果;然后,进行归一化和再惩罚,以获得所需的体积分数.此外,利用图像处理技术进行后处理,可以降低应力值和几何复杂度.通过理论仿真,对该方法所得综合拓扑的性能进行了评估,并以3自由度工业机械手刚性连杆为例进行了验证.结果表明,体积分数降低30％的情况下可将关节转矩降低24.9％,同时,具有更好的挠度和应力值.与任何一种单个优化拓扑相比,综合拓扑的挠度和应力值降低了10％～25％.     

应用拓扑优化理论进行结构概念设计

介绍了将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成,应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化.优化结果为结构详细设计阶段提供了设计优化区域和原型.     

基于拓扑优化方法的大型液压挖掘机斗杆新型结构

以斗杆结构强度为基准,采用结构优化的方法,设计了大型液压挖掘机正铲工作装置斗杆新结构。采用离散元方法,构建矿山岩石模型,获得铲斗挖掘阻力;采用多体动力学方法,搭建大型液压挖掘机正铲工作装置刚柔耦合动力学模型,获得挖掘机斗杆挖掘工况斗杆动态载荷,并对斗杆进行动态结构强度分析;采用SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法,在有限元中对斗杆结构进行拓扑优化设计,获得大型液压挖掘机正铲工作装置新型斗杆结构;对新型斗杆结构进行动态结构强度分析,斗杆结构强度保持原有水平。研究结果表明,通过拓扑优化后得到的新型斗杆,结构强度与类比设计一致,但质量减小。     

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。     

一种基于ESO算法的结构拓扑优化方法

ESO和SIMP是两种主流的结构拓扑优化方法,其中后者被广泛地应用在商用有限元软件(例如MSC.Nastran)的拓扑优化模块中.比较了两种算法的基本原理,并且基于ESO算法,选择Matlab和MSC.Nastran作为计算平台,开发了二者的数据接口,从而实践了一种方便易行的拓扑优化方法.通过一个典型薄壁件的算例,将该优化方法和MSC.Nastran得到的结果进行比较,证明该方法优化的结构在等强度条件下比后者轻5.1%,在等质量条件下单元最大应力比后者小13.8%,验证了该方法的可靠性和有效性.     

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...     

基于水平集方法的结构可靠性拓扑优化

基于水平集方法,建立以水平集函数为优化变量、结构柔度极小化为目标、具有可靠性约束的结构拓扑优化模型,并提出一种基于可靠性的结构拓扑优化算法。首先,采用计算效率高的一次二阶矩法进行可靠性分析,编制计算可靠性指标的最优化方法。然后,根据结构可靠性指标的几何意义,优化求解符合可靠性约束的随机变量。将修正后的随机变量作为确定性变量进行结构拓扑优化设计,使基于可靠性的结构拓扑优化模型转为常规的结构拓扑优化模型,采用稳定、高效的水平集方法进行结构拓扑优化。最后以悬臂梁结构的可靠性拓扑优化为例,说明文中所提算法的简便性与有效性。     

基于拓扑优化的薄板加筋方法研究

针对常规薄板加筋方法中加筋比和厚度比的选取具有一定随意性的问题,通过编程实现最优加筋比和厚度比的选取。鉴于常规加筋方法中设计变量较单一,通过对基板的拓扑优化,将薄板加筋结构中的筋条布局设计跟拓扑优化方法联系起来,使结构中筋条的布局设计问题转化为基板中材料的分布问题,增加了筋条的设计变量。相对于常规加筋方法,拓扑优化指导加筋的方法能够达到减重的效果。     

基于拓扑优化方法的机床立柱轻量化设计

以某型机床立柱为研究对象,开展了立柱结构的轻量化研究工作。首先,利用Hyperworks软件对立柱结构进行静态和动态特性分析,得到立柱在切削力工况下的应力、变形位移云图、固有频率、振型以及频率位移响应曲线;然后,采用变密度法以柔度最小为目标函数进行拓扑优化,根据拓扑优化云图得到立柱内壁的筋条排布形式;接着,提取加筋板的中面并建立2D模型,进行尺寸优化设计,得到加筋板的最优厚度尺寸;最后,将优化模型与原模型进行力学性能对比分析。优化结果显示:基于拓扑优化方法的机床立柱可在减轻重量的同时提高其静、动态特性。     

基于ANSYS的结构拓扑优化

针对拓扑优化技术在现实中的应用问题,将拓扑优化技术应用到自行车车架和多拱拱桥的最优化设计中。开展了各种拓扑优化方法的分析研究,建立了"以单元材料密度为设计变量,以结构的柔顺度最小化为目标函数,体积减少百分比为约束函数"的数学模型;通过采用商用有限元软件ANSYS中的拓扑优化设计模块对自行车车架和多拱拱桥进行了拓扑优化设计,优化结果表明所得拓扑结构清晰,并与实际的自行车车架和多拱拱桥非常相似。研究结果表明,该结构拓扑优化方法正确而有效,具有一定的工程应用前景。     

基于拓扑优化和Kriging模型的前中盾结构轻量化设计

前中盾是盾构机的重要部件,其结构尺寸大、服役环境复杂,因此,在保证结构强度的前提下进行轻量化设计至关重要。针对某型号泥水平衡盾构机的前中盾,通过拓扑优化和尺寸优化实现轻量化。对现有前中盾结构进行拓扑优化设计,并根据拓扑优化结果进行二次设计;针对二次设计后的前中盾结构,构建尺寸优化模型,利用正交试验和方差分析筛选出对性能响应(前中盾质量、最大变形和最大应力)影响较大的结构参数作为设计变量,并通过最优拉丁超立方采样和有限元分析获得45组样本点,由此构建设计变量-性能响应隐式关系的Kriging代理模型;通过序列二次规划算法对前中盾尺寸优化模型进行求解获得最优的尺寸参数组合。验证结果表明,前中盾经过拓扑优化和尺寸优化后,质量减小约30 t,降幅达3.1%。     

用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计研究

研究了微型柔性机构拓扑优化设计中的几个关键问题，提出了一种基于优化准则法和移动渐进优化算法的综合求解策略，在柔性机构设计中采用了非线性求解技术和伴随矩阵敏度分析技术，并将这些关键技术在算法上进行了实现，设计出了几种典型的微型柔性机构器件。     

基于遗传算法的微小型谐振机器人结构拓扑优化方法研究

采用基于遗传算法的结构拓扑优化方法,设计了一种弯曲和扭转固有频率值相等的新型微小型机器人谐振足.采用可行解变换法和分层罚函数的方法解决了遗传算法中遗传、交叉、变异后产生不连通结构、棋盘格式的问题,并在有限元分析之前进行了结构连通性分析,提高了计算效率.     

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。     

基于密度体积插值方法的结构拓扑优化

针对变密度法结构拓扑优化中灰度单元的控制问题,提出了一种密度体积插值方法。该方法构造的刚度与相对密度之间的线性关系保证了迭代中单元刚度变化的稳定性;构造体积与相对密度之间的惩罚关系以实现惩罚中间密度,同时更有利于在中间密度向两端逼近的同时降低灰度单元的数量。应用该插值方法对位移约束体积最小化问题进行求解,所得结果显示,增大惩罚程度,优化过程浮动较小,算法相对稳定。与应用SIMP方法和RAMP方法的优化结果相比较可知,在求解同一结构拓扑优化问题时,采用该方法且增大惩罚程度后的优化结果中灰度单元减少明显。     

基于拓扑优化方法的牵引车车架优化设计

建立了牵引车车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,基于OptiStruct软件,对多工况拓扑优化常见问题提出了工程实用的解决方法,实现了牵引车车架结构优化设计.通过优化前后计算结果的对比分析,说明基于变密度法的拓扑优化技术能有效进行牵引车车架优化设计,避免结构设计的盲目性,优化结果为同类产品结构设计提供了参考.     

基于单元材料属性更改的结构渐进拓扑优化方法

提出了一种基于单元材料特性更改的结构渐进拓扑优化方法,通过定义设计区域内单元的存在状态为设计变量,以结构的材料用量为约束条件,实现了线弹性结构拓扑优化设计。该方法采用承载能力很弱的各向同性实体单元(弹性模量和密度均很小)代替结构实体单元,实现单元的拓扑变化,即单元的删除是将实体单元改变为弹性模量和密度很小的单元。单元删除取决于由灵敏度分析得到的每个单元对结构性能的贡献。同时结合了灵敏度再分配技术控制棋盘格式,使各单元对结构性能的贡献或影响因子实现平滑过渡。算例表明,本文的单元材料特性更改的结构渐近拓扑优化方法与灵敏度再分配棋盘格式控制技术相结合的方法,可以得到边界清晰、结构合理的拓扑优化构形。     

基于拓扑导数变化规律的快速水平集拓扑优化方法

在基于水平集拓扑优化方法的优化过程中,孔洞的融合与分裂实现了边界与拓扑的演化,其本质就是设计区域内材料的增加或删除变化。这种材料的增加与删除变化,在其变化的同时,会对设计区域内相应拓扑导数产生不同的影响,进而得到不同的拓扑导数数值。考虑到拓扑导数数值的这种变化规律,建立新的基于拓扑导数数值变化规律的判断准则,在孔洞变化的同时,尽可能多的删除不必要存在材料。以多删除材料的方式实现减少迭代次数目的,因此提高了水平集优化方法的收敛速度、节约了计算时间、提高了计算效率,并通过典型算例验证了该方法的高效性和有效性。     

基于ESO方法的梁形状拓扑优化

基于渐进结构均匀化拓扑优化的方法,以体积为目标函数,建立了梁结构的不同布局的拓扑优化模型.利用ESO方法的思想理论推导出梁结构拓扑优化的数学模型,并借助于ANSYS软件平台,利用APDL语言实现了优化算法.数值算例验证了该方法的可行性和有效性,它可减少设计变量的数目,提高求解效率.