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结构与柔性机构拓扑优化

结构设计过程通常是在方案比较基础上确定结构布局(拓扑形式)后,详细设计零部件的尺寸和形状。形状和尺寸优化通过设计部件尺寸和边界形状实现在一定结构布局下的性能优化。结构布局决定了力、热等的传输路径以及运动方式,布局对结构性能的影响更重要。拓扑优化通过设计材料在一定区域内的合理布置,在设计结构形状和尺寸的同时设计结构的布局,能够获得比形状和尺寸优化更大的优化效益,因而成为优化研究者和工程师广泛关注的问题。由于拓扑描述以及问题求解等方面的困难,拓扑优化也成为优化研究的挑战性课题。目前的研究主要针对结构刚度、自振频率等性能优化问题,建立了基于微结构的拓扑描述方法(包括均匀化化方法、SIMP方法等)以及边界移动方法(几何方法)(包括泡泡法,拓扑导数方法等)。新发展的水平集方法也属于边界移动方法。应用或建立了数学规划法、遗传算法、进化算法等拓扑优化问题的求解技术。科学技术的发展要求结构在满足安全性要求的同时还应具有良好的热、电磁等其他物理性  (本文共168页) 本文目录 | 阅读全文>>

《航空学报》2017年SC期
航空学报

基于参数化分析的柔性后缘优化设计

航空学报 Dec.25 2017 Vol.38 No.S1Acta Aeronautica et Astronautica Sinica  ISSN 1000-6893 CN 11-1929/V721562-1 http://hkxb.buaa.edu.cn hkxb@buaa.edu.cnDOI:10.7527/S1000-6893.2017.721562基于参数化分析的柔性后缘优化设计王志刚*,杨宇,段世慧中国飞机强度研究所 智能结构与健康管理技术研究室,西安710065摘要:介绍了一种自适应柔性机翼后缘变形控制优化设计方法,该方法采用了由单个驱动器驱动的单块式分布柔性结构。该方法的关键在于设计一种合适的柔性后缘结构拓扑形式,使该自适应柔性机翼后缘能够达到精确的变形。阐明了柔性结构拓扑优化设计的数学模型,针对自适应柔性机翼后缘概念设计提出了基于参数化分析的拓扑优化设计方案,并进行了工程化圆整和尺寸优化。最终,通过非线性有限元...  (本文共8页) 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

拓扑优化的水平集方法及其在刚性结构、柔性机构和材料设计中的应用

结构拓扑优化是优化技术中最具挑战性的研究领域,是一种创新性的设计方法,可同时优化设计对象的拓扑、形状和尺寸,已广泛应用于刚性结构、柔性机构和复合材料微结构设计等方面,对航空航天、微机电系统等领域的发展具有重要价值。本文结合多材料结构的向量水平集表示、材料界面追踪的水平集算法、梯度投影方法、非线性映射技术、返回映射算法和平均曲率流技术,提出了适用于一般目标函数、多载荷工况、多约束和多材料的结构拓扑优化的水平集算法。并研究了这种方法在刚性结构、柔性机构和复合材料微结构设计中的具体应用。同时,又将拓扑导数理论和水平集算法结合起来,提出了结构拓扑优化的拓扑导数与水平集算法,进一步提高了计算效率。文中首先介绍了复合材料宏观参数计算的均匀化方法、结构拓扑优化的密度惩罚法和运动界面跟踪的水平集方法,并结合数值算例详细说明了它们的理论基础、计算步骤和物理本质。在此基础上,提出了多材料设计对象的向量水平集表示,将一般拓扑优化问题描述为一组水平集函...  (本文共160页) 本文目录 | 阅读全文>>

西安电子科技大学
西安电子科技大学

不确定性连续体结构拓扑优化和柔性机构设计研究

工程实际中存在着大量的不确定性,在结(机)构设计时就必须考虑这些不确定性因素。对不确定性连续体结构拓扑优化和柔性机构设计进行研究有着广泛的工程背景和重要的理论意义与学术价值。本文对随机或区间参数连续体结构的静力分析、动力特性分析、概率和非概率可靠性拓扑优化、稳健拓扑优化、区间和随机参数分布式柔性机构或随机参数柔性铰链机构的优化设计进行了研究。主要内容如下:1、构建了随机载荷作用下具有随机参数的平面连续体结构静力拓扑优化设计模型,以结构总质量均值极小化为目标函数,以满足单元应力可靠性为约束条件;对应力可靠性约束进行了等价显示化处理;导出了随机参数结构的应力反应数字特征的计算表达式;提出了相应的求解策略和方法。2、在考虑结构物理参数随机性的情况下,建立了以质量均值极小化为目标函数、以拓扑变量为设计变量的基于概率的频率约束下的薄板结构(包括平面应力薄板和弯曲薄板)的动力特性拓扑优化设计模型。对频率概率约束进行了等价显式化处理,导出了随...  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

《华中科技大学学报(自然科学版)》2006年08期
华中科技大学学报(自然科学版)

整体式柔性机构的结构拓扑优化设计

柔性机构是通过其部分或全部具有柔性的构件的弹性变形来传递运动或者力的一类机械[1~5].本文主要基于变密度方法中的SIMP密度-刚度插值模型[2]和优化准则法[6],推导了连续体结构拓扑优化设计的变量迭代格式.并以机构的机械增益为优化的目标函数,研究了整体式柔性机构拓扑优化设计的若干重要技术.1连续体结构的拓扑优化连续体结构的拓扑优化问题,是典型的不等式约束非线性规划问题.考虑设计变量侧面约束的拉格朗日乘子1λ,2λ以及对体积约束的拉格朗日乘子Λ,对设计目标函数C(x)构造拉格朗日函数:L=C(xj)+Λ∑nj=1Vjxj--V+∑nj=11jλ(xmin-xj)+∑nj=12jλ(xj-xmax).依据Kuhn-Tucker最优化条件,考虑设计变量xj的侧面约束xmin≤xj≤xmax,则拉格朗日关于设计变量和拉格朗日乘子的驻值条件如下:C/xj+ΛV/xj-1jλ+2jλ=0,(xjmin≤xj≤xjmax);≥0,(xj≤...  (本文共4页) 阅读全文>>

三峡大学
三峡大学

自适应无网格伽辽金拓扑优化方法研究

随着结构拓扑优化方法和无网格法的不断成熟,将无网格方法应用于结构拓扑优化中是一个研究热点。不断深入研究发现,在无网格法拓扑优化离散和求解的过程中依然会存在诸多的问题,如离散点云现象、棋盘格式、计算不稳定、计算效率低等问题。本文针对无网格法求解效率低的问题,提出基于无网格伽辽金法的自适应方法,并将该方法引入二维结构的拓扑优化中,主要研究内容如下:1)基于节点应变能梯度的自适应无网格伽辽金法。以节点应变能梯度的大小作为节点加密准则选出需要加密的节点,然后按照一定的节点加密方法完成对需要加密节点的局部细化,再次根据新的节点分布情况进行下一轮的无网格求解,如此循环计算,有效的提高计算的精度。通过多个典型的算例验证了该自适应无网格伽辽金法的有效性。2)基于上述研究成果,提出以节点相对密度值作为设计变量的自适应无网格伽辽金拓扑优化方法。对于使用无网格方法求解结构拓扑优化时计算效率低,结果存在离散点云及求解困难等问题,在结构拓扑优化无网格离散...  (本文共60页) 本文目录 | 阅读全文>>