拓扑结构中边缘棋盘格式的光滑处理方法

拓扑优化是现代结构优化中不可缺少的一个重要环节.但由于用有限元法进行拓扑优化所得的梁结构往往具有棋盘格式,使其具有边缘不均匀、不光滑且非线性等缺点.针对这一问题,在这里提出了一种拓扑结构优化及梁结构棋盘格式边缘光滑处理的方法:首先利用ANSYS对平面板模型进行拓扑结构优化,得到具有棋盘格式梁结构的拓扑优化结果;然后利用最小二乘法建立边缘线性方程组以对拓扑优化结果进行光滑处理;最后通过光滑处理结果重构拓扑结构模型,并对其进行网格划分和有限元数值计算分析.分析结果表明,通过这种方法可以在原拓扑优化结果的基础上得到新的、有效可行的光滑拓扑结构,这为拓扑优化结构棋盘格式提供了一种简便且易于操作的光滑处理方法.     

基于应变能约束的梁截面拓扑优化

根据工程实际应用中最关注的最优设计和合理经济尺寸的问题,建立了以梁截面为设计变量,以结构总重量极小化为目标,考虑应变能约束条件的梁结构拓扑优化设计数学模型,并结合ESO方法和单元应变能分析,讨论了受弯曲载荷作用下的梁的截面形式拓扑优化,建立其参数化模型,最后利用ANSYS的优化模块对梁的合理截面参数进行了优化设计.结果...     

基于OptiStruct的梁结构优化设计

针对国内梁结构优化设计应用研究领域的不足,利用有限元及CAE计算机仿真技术对梁的截面进行以减轻质量为目标的结构优化分析。首先利用Hypermesh进行梁截面的网格划分,其次考虑梁截面的受力方向不同,使用OptiStruct进行模式重复情况下的拓扑优化。最终依据优化结果,对梁截面进行二次设计和工艺优化,以获得满足挠度条件的最轻梁结构。得出了利用有限元及CAE计算机仿真技术进行梁结构优化的一般思路和可行的办法。     

基于Optistruct的重型梁结构优化设计

针对重型梁结构的拓扑优化设计,引用了一种基于SIMP变密度插值法的单目标拓扑优化方法。在限定拔模方向的环境下使用Optistruct进行拓扑优化,通过罚函数对相对密度进行惩罚,得到拓扑优化结果。根据优化结果,对梁截面进行二次工艺强化,使刚度、强度、轻量化三者协调统一。     

基于子结构凝聚的多层级拓扑优化设计理论与应用

提出一种基于子结构凝聚理论的多层级拓扑优化方法,用于设计包含细密几何特征的结构.该方法将高层级整体结构划分为若干低层级子结构.其中,高层级结构通过变密度拓扑优化方法获得结构构型;低层级构型以结构几何参数描述,采用静态凝聚法实现内部节点自由度凝聚,通过对结构参数寻优实现低层级变拓扑的优化设计.通过承载梁最小柔度设计及散热...     

高速转向架轴箱转臂结构拓扑优化设计

采用变密度方法,建立了以结构的总柔度为目标函数,体积为约束的拓扑优化模型.利用有限元软件hyperworks中的拓扑优化工具对列车转向架轴箱转臂结构初始设计方案进行了减重设计.结果表明,基于拓扑优化技术可以得到既经济又安全的结构方案.     

基于SIMP模型的微电容加速度计结构拓扑优化

基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以微电容加速度计结构弹性梁和质量块检测方向的柔度最大化,非检测方向的柔度最小化为综合相对柔度目标,以检测方向的谐振频率尽可能小于非检测方向谐振频率为抗横向干扰能力目标,一定体积比作为约束条件,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块结构拓扑优化设计模型,采用优化准则算法进行迭代求解计算,通过二维数值算例验证了优化模型的有效性,为研究微电容加速度计结构优化设计提供了一种新的思路和方法.     

周期狭长结构拼装模块尺寸效应与构型优化

针对狭长结构拓扑优化过程中存在的计算困难、有中间密度存在和优化构型复杂等问题,提出周期模块拼装方法,并建立混合梁单元模块有限元模型,开展了狭长结构的拓扑优化设计。以承受均布压力载荷的悬臂狭长结构为例,分析比较了不同模块数、不同材料用量以及不同截面梁对优化结果的影响。计算结果显示,采用周期模块拼装策略能获得规则简单易制造的优化构型,周期狭长结构具有尺寸效应且存在最佳模块尺寸来最大化拼装结构刚度。将混合梁单元模型的模块尺寸与拓扑协同优化结合,获得了清晰规则的类桁架构型。最后应用所提方法实现了周期狭长梯形结构的构型优化。     

拓扑优化在XH2725机床横梁结构优化中的应用

基于连续体ICM拓扑优化方法,以动力学仿真分析为基础,利用先进的有限元分析软件,建立了某数控加工中心横梁结构拓扑优化模型.根据对模型的拓扑优化结果分析,确定了横梁的最佳结构方案,仿真结果表明其动、静态特性有较大提高.     

基于ICM法的零件拓扑优化方法应用研究

作为结构优化的一门新技术,拓扑优化在汽车、机床、电子机械的结构优化设计中已经得到应用.基于连续体ICM拓扑优化方法,利用先进的有限元分析软件,建立了以体积为约束条件,以模态频率为目标的某数控加工中心横梁结构拓扑优化模型.根据对模型的拓扑优化结果分析,对横梁内部的筋板结构布置提出了建议,确定了横梁的最佳结构方案,仿真结果表明其动静态特性有较大提高.     

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。     

射频系统散热结构非梯度拓扑优化方法

随着射频系统向着小型化、高密度、高性能的方向发展,散热问题已经成为制约射频系统发展的关键问题之一。射频系统热设计指标复杂多样,基于梯度的拓扑优化方法需要推导复杂的灵敏度信息,因此无法适应多变的热设计指标。文中提出了一种射频系统散热结构非梯度拓扑优化方法,首先通过材料场级数展开方法对散热结构拓扑优化模型和设计变量进行表征和降维;然后构建了散热结构非梯度拓扑优化模型,针对降维后的拓扑优化问题,采用基于克里金代理模型的非梯度拓扑优化方法进行求解;最后,通过给出的射频系统散热结构数值算例,证明了该方法可以在不需要推导灵敏度的情况下有效求解射频系统散热结构拓扑优化问题。     

侧面柱碰撞条件下轿车车门抗撞性优化设计

为提高车门的抗柱撞性能,将基于SIMP理论的拓扑优化方法引入车门防撞梁设计,得到最佳的防撞梁材料分布;选择合适的截面构造防撞梁,得到一种Y形防撞梁结构;结合响应面法和NSGA-Ⅱ多目标优化算法对防撞梁进行多目标优化。相比于初始设计,优化后防撞梁在保证车门刚度满足法规要求的前提下,刚性柱的撞击侵入量减少22.5%,车门抗柱撞性能明显提高。     

A study on ranked bidirectional evolutionary structural optimization (R-BESO) method for fully stressed structure design based on displacement sensitivity

Evolutionary Structural Optimization (ESO) method is well known as one of several topology optimization methods and has been applied to a lot of optimization problems. While ESO method evolves the given model into an optimum by subtracting several elements, in AESO method elements are added in a previous step of the evolutionary procedure. And in BESO (Bidirectional ESO) method, some elements are either generated or eliminated from a previous model of evolutionary procedure. In this paper, Ranked Bidirectional Evolutionary Structural Optimization (R-BESO) method is introduced as one of the topology optimization methods using an evolutionary algorithm and is applied to several optimization problems. The method can get optimum topologies of the structures throughout fewer iterations comparing with previous several methods based on ESO. R-BESO method is similar to BESO method except that elements are generated near a candidate element according to the rank calculated by sensitivity analyses. The displacement sensitivity analysis was adopted by the nodal displacements of a candidate element in order to determine a rank on the free edges for two dimensional model or the free surfaces for three dimensional model. In this paper, R-BESO method is proposed as another useful design tool like the previous ESO and BESO method for the two bar frame problem, the Michell type structure problem and the three dimension short cantilever beam problem, which had been used to verify reasonability of ESO method family. For the three dimensions short cantilever beam problem an optimized topology could be obtained with much fewer iterations with respect to the results of other ESO methods.     

GMCU2060龙门加工中心横梁的结构优化设计

基于HyperMesh平台,采用密度拓扑优化方法,以应变能最小为目标,以体积分数、位移为响应建立结构拓扑优化模型,运用该模型完成GMCU2060龙门加工中心横梁横截面的拓扑优化设计,然后利用尺寸优化方法得到横梁的最优尺寸,建立横梁的三维模型,并对其进行动静态分析.分析结果表明：在最大位移几乎不变的情况下,改进后的横梁质量减少了7.5％,一阶固有频率由104 Hz提高到120Hz,满足设计指标要求.     

电动汽车车身的回传射线矩阵刚度链分析方法

基于LifeDrive纯电动汽车模块化结构形式,通过拓扑优化得到一款纯电动汽车车架结构;建立了基于梁单元的车架结构回传射线矩阵计算模型;由模型得到车架梁单元尺寸以及车身与车架之间的多个耦合力,以更合理的刚度链方法优化了车身简化模型的主断面参数;利用有限元方法计算了车身与车架的承载度。结果证明设计的车架与车身结构满足目标承载度和刚度性能的要求,该方法为非承载式电动汽车车身及车架的概念设计提供了参考。     

拓扑优化设计中混合细胞自动机方法应用研究

结构拓扑优化是研究材料在连续设计空间最优分布的技术。文中采用细胞自动机作为优化计算模型,按照一定的材料参数化方法,以材料应变能最小并趋于平均分布为优化目标,通过ANSYSILS—DYNA进行有限元分析计算,设计了混合细胞自动机拓扑优化算法,给出了细胞自动机结构拓扑形态优化应用步骤。以平面薄板受力模型为例,对细胞自动机结构拓扑优化方法加以验证,得到的结果与经验设计的结构拓扑形态较为吻合,且具有比较强的鲁棒性和泛用性。     

基于耐撞性拓扑优化的汽车关键安全件设计

将耐撞性拓扑优化方法应用到车辆实际开发过程中,阐述了基于LS-DYNA显式有限元算法的耐撞性拓扑优化方法,并给出其迭代求解的数学模型。结合该方法,对某车辆的门槛梁进行40%偏置碰撞和侧面碰撞的并行拓扑优化,根据优化结果的材料分布情况进行了工程诠释。在整车碰撞有限元模型中对工程诠释结果进行了验证,结果表明：耐撞性拓扑优化方法行之有效,且拓扑优化结果使得车辆的碰撞性能有一定的提高。