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设计相关动压力作用下连续体结构拓扑优化

针对动压力作用下连续体结构拓扑优化问题,文中以结构动柔顺度为目标,以材料体积为约束,建立拓扑优化模型。该优化问题作为一般动力学拓扑优化问题的延伸,其动压力载荷不仅随着时间简谐变化,而且随着结构拓扑和形状的变化  (本文共5页) 阅读全文>>

华南理工大学
华南理工大学

柔顺机构几何非线性拓扑优化算法及典型大变形柔顺机构设计研究

典型大变形柔顺机构有双稳态柔顺机构、柔顺吸能机构、柔顺常力机构、微能量收集机构等各种类型。这些柔顺机构在生物医疗、微机电系统、航空航天等领域中有着广泛的应用。目前绝大多数研究都是集中在尺寸优化层面对大变形柔顺机构进行优化设计,而在拓扑层面上对大变形柔顺机构进行研究的却很少。因此,本文采用拓扑优化的方法,对大变形柔顺机构进行优化设计。首先,对考虑几何非线性时拓扑优化收敛问题进行了研究。针对完全拉格朗日法求解过程中步长选取困难问题,给出了一种自适应步长算法;针对低密度单元收敛过程中的振荡问题,给出了一种能量插值算法。在此基础上,通过大变形悬臂梁,反向器的拓扑优化数值算例证实了自适应步长算法可以有效提高优化过程的收敛性,能量插值方法能较好地抑制低密度单元节点的位移振荡。另外,研究表明,针对纺锤肌的拓扑优化问题,还需要采用改进本构模型的方式抑制肌肉中间密度单元的节点振荡。其次,对大型有限元软件辅助的几何非线性拓扑优化算法进行了研究。针对...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

大连理工大学
大连理工大学

内嵌组件和孔洞的多材料连续体结构拓扑优化

拓扑优化可以在没有结构形状和连通性的先验假设情况下获得新颖、优质的创新设计,已成为工程结构概念设计的强有力工具。然而,目前大部分工作主要致力于解决单相均质材料和单组件结构优化问题。在实际工程问题中,结构通常由多种材料组成,多种材料的组合使用不仅能够减轻结构的重量,而且在一定程度上还可以提高结构的性能。有时还需要将特定形状、特定刚度的一个或多个组件(例如电容器,发动机和存储容器)嵌入到有限的设计空间中,以满足某些特定的功能性设计要求。此外,在结构设计过程中,通常还需要保留足够的空间以使得其他的组件能够顺利通过结构,或者准许嵌入预定的对象,或者单纯出于美学、设备的操作、安装、维护和维修的角度考虑预设孔洞。在这些应用中,对于多材料结构,需要确定每种材料相的分布,以使得多材料结构的整体机械性能最优。对于后者,不仅需要在允许的设计空间中寻找这些嵌入对象(组件和孔洞)的最优位置和方向,还需要设计连接这些嵌入对象的支撑结构的拓扑构型,以改善整...  (本文共152页) 本文目录 | 阅读全文>>

华中科技大学
华中科技大学

双向渐进稳健拓扑优化方法研究

随着增材制造技术的兴起,拓扑优化成为结构优化的重要工具。它是在给定的载荷与边界条件下,寻求最优的孔洞数目及其分布形式,使得结构的性能达到最优,其应用范围涵盖航空、航天、船舶以及高铁等诸多领域。工程实际中存在着各种各样的不确定性,而这些不确定性只能尽量减小但无法避免。多种不确定性因素耦合在一起将会产生较大的偏差。本文将结构设计中的拓扑优化技术与不确定性分析相结合,采用边界光滑的双向渐进拓扑优化(Bi-directional Evolutionary Topology Optimization,BETO)方法,开展了连续体、周期性连续体、各向同性材料以及多层级结构的稳健拓扑优化方法研究。主要工作如下:首先,提出了一种基于正交分解(Orthogonal Decomposition)与均匀采样(Uniform Sampling)的不确定性分析方法(简称ODUS),克服了现有区间量化方法处理载荷不确定性时存在推导复杂、计算效率低、难以得到...  (本文共145页) 本文目录 | 阅读全文>>

南京航空航天大学
南京航空航天大学

柔性变形机翼关键结构的拓扑优化

机翼作为飞机主要的升力结构,其翼型直接影响飞机的气动性能。传统固定机翼可实现某一特定飞行条件下的最优飞行效率。不同飞行任务对飞机气动性能的要求常常存在冲突。如何设计出重量轻、刚度高、可根据飞行条件改变气动性能的机翼,是当前飞机设计人员面临的难题。变形机翼可针对不同的飞行任务,通过改变自身外形来改善飞机的气动性能,相较传统固定机翼更具优势。目前,人们提出了多种变形翼构型,部分构型进行了飞行实验,正由理论研究阶段逐步迈向实际应用阶段。本文结合国内外变形机翼的发展历史及研究现状,分别开展关于机翼翼面柔性支撑结构、柔性蒙皮支撑结构、柔性翼肋的拓扑优化研究。本论文的主要研究内容和成果如下:(1)提出机翼翼面柔性支撑结构的多目标拓扑优化问题,分析了柔性支撑结构的优化目标及目标函数,采用位矩阵表示柔性支撑结构,使用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,简称NSGA-II)对该...  (本文共119页) 本文目录 | 阅读全文>>

浙江大学
浙江大学

电磁装置拓扑优化数值方法研究

拓扑优化设计属于产品的概念设计。与传统设计方法相比,拓扑优化设计能够获得难以想象的新颖拓扑结构,尤其适合于缺少先验经验和知识的产品设计。实际上,正是由于具有卓越的拓扑结构优化设计能力,拓扑优化技术已经成为设计者的重要手段和工具。虽然发源于结构优化,电磁装置的拓扑优化理论和应用技术研究近20-30年获得了蓬勃发展。发展至今,拓扑优化已经成为现代工程创新设计中的主要设计方法和定量计算工具。然而,由于拓扑优化问题的复杂特性,普适于工程设计问题的拓扑优化理论和方法仍在探索中。为此,为解决拓扑优化理论和方法面临的主要问题和挑战,本文在综合现有研究成果的基础上,对基于确定类算法和随机类优化算法的拓扑优化理论与方法进行了系统分析和深入研究,主要工作和成果总结如下。首先,为解决现有ON/OFF方法易发生早熟而陷入局部最优解的不足,本文先后提出了Tabu-ON/OFF方法,基于改进量子进化算法(Quantum-inspired Evolution...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>