多级仿生建模及优化技术

针对增材制造模型高硬度和高抗断裂韧性不可共存的问题,受自然界多级生物体结构的启发，提出了一种多级晶格结构建模方法。设计了具有一定力学特性的晶格模型族,对多级体空间进行分级填充,采用等值面几何建模算法实现了晶格间的过渡连接与梯度设计；通过图片映射的方法，利用有限元分析结果来驱动晶格结构的孔隙率、尺寸等参数，多次迭代获得满足生物力学特性的模型。试验验证了该方法可以较好地控制多级晶格的弹性模量及其抗断裂韧性。将该方法运用到牙齿的设计中，取得了良好的效果。     

铝泡沫填充薄壁结构耐撞可靠性优化设计

泡沫填充薄壁结构能有效地改善汽车薄壁吸能部件的耐撞性。为设计更轻与更有效的吸能结构,并满足汽车安全性设计要求,提出一种新颖的轻质铝泡沫填充双管薄壁结构,并对其耐撞性展开确定性最优化设计。但是,由于薄壁结构的厚度、屈服强度以及铝泡沫的密度等设计参数易受到仿真以及制造误差等不确定性因素的影响,导致确定性最优解收敛于约束边界,从而丢失了应有的使用可靠性要求。因此,提出基于Kriging近似模型与一阶可靠性分析方法的铝泡沫填充结构可靠性最优设计方法,并进一步开展基于参数不确定性的铝泡沫填充结构的耐撞性可靠性优化设计研究。优化结果显示,可靠性最优解不仅远离约束边界,而且较好地满足了铝泡沫填充结构的安全性与可靠性设计要求。     

基于应力分布的变密度点阵结构优化设计

文中针对变密度点阵结构设计变量多、优化效率低等问题，提出了一种新的设计方法。通过应力匹配函数将变密度点阵结构的微观尺寸与其应力进行关联，基于六面体网格构建其有限元参数化模型。为减少设计变量数目，以该函数的系数为变量建立变密度点阵结构优化模型，并采用多岛遗传算法对其进行优化计算。优化后的变密度点阵结构其应力结果呈现出很好的等强度效果，重构的几何模型也能应用SLA工艺进行制造，验证了该设计方法的有效性和所设计点阵结构的工艺性。     

泡沫铝材料参数反求及其填充锥形薄壁管的吸能性能研究

为了研究一种商业化生产的泡沫铝力学性能并对其填充结构进行仿真模拟,基于材料的准静态压缩试验和材料本构模型进行了泡沫铝和铝合金材料参数反求,并采用试验数据验证了所得材料参数的正确性。运用有限元软件LS-DYNA进行数值分析,研究了壁厚、锥角和填充泡沫铝密度等设计参数对泡沫铝填充锥形薄壁管吸能特性的影响。结果表明,利用材料反求的方法可获得准确的材料参数;泡沫铝密度和壁厚对平均力的影响更为显著,相比于锥角更易控制能量吸收;管壁厚度是影响初始峰值力的主要因素;填充泡沫铝后不仅能够改善薄壁管的变形情况、增大比吸能,且对初始峰值力的影响较小。     

某高热密度密闭机箱设计

文中结合设备需求,进行了一种高热密度密闭机箱的结构设计研究。通过理论分析与计算确定了机箱的结构模型,设计了机箱侧板风道,选择了合适的风机。此外,文中还利用FLOTHERM软件对其进行了热仿真验证,详细介绍了机箱模型简化与关键区域的网格划分。与传统设计方法相比,采用理论计算与软件仿真相结合的设计方式可明显提高产品的设计效率。     

一类非线性系统的变结构控制器设计

将非线性系统用HM模型进行描述，并将全局HM模型表示成不确定系统形式，采用不确定系统的变结构控制器设计方法，设计出使全局HM模型渐近稳定的变结构控制器。并用一级倒立摆进行仿真验证。成功的将变结构控制应用于非线性控制系统中。     

基于Kriging修正模型的铁路捣固镐优化

捣固镐是一种输出高频冲击运动的小型铁路养护机械.国内对捣固镐的设计理论研究较少,目前所采用的机械结构优化设计方法未充分考虑结构动态特性对综合性能的影响.本文提出了响应面模型的仿真实验方法,基于捣固镐零件的结构特点及仿真实验,结合Kriging插值思想和最优空间填充设计抽样构建了机械结构优化设计的初始代理模型;并通过全局...     

基于拓扑优化的非均匀蜂窝结构设计与建模

蜂窝填充是实现结构轻量化的重要手段。针对均匀蜂窝结构未考虑最优传力结构布局的缺点,提出了一种基于拓扑优化的非均匀蜂窝结构建模方法。对受力结构进行拓扑优化,将优化密度结果映射为蜂窝胞元的相对密度分布矩阵,通过用户自定义特征以及参考基准的循环定义提高建模的自动化程度,实现非均匀蜂窝结构的快速建模。仿真结果表明,非均匀蜂窝结构力学性能更优,验证了该方法的有效性。     

某光控相控阵雷达组件热设计与参数优化

为了确保光控相控阵雷达中微波发射前端组件运行的稳定,为高热流密度功放组件提供合理的温度环境,依据集成系统的结构与前端输入,提出了匹配系统的热设计方案,并采用仿真软件进行了模拟与分析。结果表明,系统最高温度不超过指标温度,且热均匀性较高。该热设计方案验证了采用金刚石/铜进行热扩展并结合合理的液冷冷板结构,可以实现紧凑高效的散热需求。此外,提出了多级翅片与对插式辅助翅片的结构优化方案,并分析了相关参数对散热的影响。该系列热设计方案与参数分析可以为雷达高热流密度组件的热设计提供思路。     

基于凸轮机构的热能驱动车结构创新设计

提出一种基于凸轮机构的热能驱动车设计方案.结合机械设计的基本知识对热能驱动车的运动原理和结构进行分析,利用SolidWorks软件建立小车三维模型,利用Matlab软件进行小车运动轨迹仿真,并设计凸轮轮廓线,此外还给出场地变桩后的零件调整设计方案.最后在设计与仿真的基础上,制造出热能驱动车实物样机,通过调试确认小车实际行走轨迹符合仿真轨迹,验证了设计的可行性.