基于不同过滤函数的ICM拓扑优化混合建模方法

基于独立连续映射（ICM）法中设计变量独立性的特点,提出一种混合插值建模方法。该方法基于两类常见插值函数分别对单元体积、单元刚度阵进行过滤识别,通过两两组合,得到四种不同的拓扑优化模型。四种模型中,除体积目标函数一、二阶导数表达式不同外,它们的结构响应量的敏度分析和优化建模方法相同,从而保证了优化求解算法的一致性。通过拓扑优化数值算例对比分析了不同模型参数下的拓扑优化结果,结果表明,混合建模方法在连续体结构拓扑优化建模中具有可行性和有效性。     

基于ICM法的传热结构周期性拓扑优化设计

为了获得复合材料稳态导热性优化微结构构型,基于独立连续映射法,建立了周期性结构拓扑优化模型。在优化模型中,以重量最小化为目标、散热弱度为约束。采用一阶泰勒展开近似表达散热弱度约束函数。基于偏微分方程实施的图像过滤方法消除了棋盘格现象和网格依赖性问题。为了满足周期性约束,设计区域划分为若干相同大小的子区域,散热弱度贡献系数被重新分配。对比分析循环周期数、不同约束载荷工况下的拓扑优化构型。数值算例结果验证提出方法可以有效实现热传导下的复合材料微结构优化设计。     

基于相变量的风力机叶片宏观拓扑优化设计

不同复合纤维布和软夹芯材料的空间布局将产生不同的叶片结构性能和质量,为最大程度发挥材料空间布局的设计潜力,提出基于相变量的叶片宏观拓扑优化方法。基于独立连续映射法,建立以单元伪密度为设计变量、强度为约束、质量最小为目标函数的叶片多相材料拓扑优化数学模型,以修正的满应力设计方法和关系映射反演原则相结合的算法进行求解,通过Abaqus-Python-Matlab联合平台实现优化。以1.5 MW叶片为例,得到复合纤维和软夹芯材料的优化空间布局,基于等代设计法调整不规则区域。结果表明：优化后叶片的强度满足要求且质量明显减小,验证了方法的有效性和可行性。     

抑制灰度单元的改进优化准则法

为了抑制连续体结构拓扑优化结果中的灰度单元,提出2种改进的启发式优化准则法.该方法与固体各向同性惩罚微结构(SIMP)材料描述方式相结合,利用光滑的Heaviside函数使灰度单元趋于0或1两极分化;在每一轮优化迭代中能自然满足体积约束函数,不仅能有效地抑制灰度单元的数量,而且提高了优化求解的效率.最后通过二维经典拓扑优化算例验证了文中方法的正确性.     

非离子改性水性醇酸树脂-丙烯酸树脂杂化体的制备及性能

首先用新戊二醇、间苯二甲酸–5–磺酸钠合成磺酸盐聚酯中间体,然后将其和非离子亲水单体（N120）、季戊四醇、豆油酸、邻苯二甲酸酐进行聚酯化反应合成水性醇酸树脂。再将水性醇酸树脂用丙烯酸酯单体进行自由基接枝聚合得到非离子改性水性醇酸树脂–丙烯酸树脂杂化体。用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）对其结构进行了表征;探究了非离子亲水单体的用量、醇酸树脂分子量、油度、酸值对杂化体成膜性能和贮存稳定性的影响。结果显示：非离子亲水单体占水性醇酸树脂4%～8%（质量分数）、醇酸树脂分子量为2 200～2 500,油度为50%、杂化体酸值为10 mg KOH/g时制得的杂化体涂膜耐水性、干性、光泽及贮存稳定性最好。     

基于等几何裁剪分析的拓扑与形状集成优化

提出了将设计和分析、拓扑与形状优化集成的思想,探索了基于等几何裁剪分析的拓扑与形状集成优化设计算法,该方法统一了结构优化的计算机辅助设计、计算机辅助工程分析和优化设计的模型,基于B样条的等几何裁剪分析既能准确表达几何形状,又可以用裁剪面分析方便处理任意复杂拓扑优化问题,由裁剪选择标准确定合理的拓扑结构变动方向,结构变动时无需重新划分网格,设计结果突破初始设计空间的限制,还可方便优化形状。建立了等几何裁剪灵敏度分析的计算方法,给出了等几何裁剪分析拓扑与形状集成优化算法,通过典型实例表明所用方法的正确性和有效性。