多工况应力下船舶多载荷作用下连续体结构拓扑优化

在多载荷作用下,为使船舶连续体结构的拓扑算子与工况应力条件保持统一变化趋势,提出多工况应力下的新型船舶连续体结构拓扑优化方法。受限选取适宜的船舶载荷变量,再根据连续体结构的单元密度过滤条件,设置多载荷拓扑空洞值,最后在计算船舶连续体结构刚度的基础上,对整体优化流程进行完善,完成多工况应力下船舶多载荷作用下连续体结构拓扑优化方法的搭建。对比实验结果表明,在多载荷作用下,应用新型优化方法后,船舶连续体拓扑结构与工况应力条件间的最大影响参量可达1.24,远超理想最大影响参量0.66,使船舶连续体结构的拓扑算子与工况应力条件达到高度统一状态。     

随机响应约束下的桁架结构拓扑优化

研究随机响应约束下的桁架结构拓扑优化问题具有重要的工程应用前景.文章采用自适应遗传算法(AGA)求解了随机响应约束下的桁架结构拓扑优化问题.通过引入海明距离生成高质量的初始种群、采用自适应的交叉和变异算子以及对适应度函数进行线性标定这三个步骤改进了遗传算法的搜索效率以及收敛性.在拓扑优化列式中考虑杆件以及各自由度的拓扑变量以精确地模拟优化过程中杆件和结点的删除.建立了随机载荷作用下结构均方响应的表达式,并以此作为拓扑优化问题的约束条件.另外,提出了一些启发式算法来引导杆件和结点的删除.最后,通过对随机激励下的二维桁架以及三维桁架进行拓扑优化计算,证明了本文方法的实用性和有效性.     

带自由面三维艇体表面流谱拓扑结构研究

由于旋涡结构的载荷变化过快,造成三维艇体结构不稳定的问题,设计一种带自由面的流谱拓扑结构。采用3阶流通量差分理论,对艇体的流线特征进行分析。在此基础上,利用拓扑学理论和雷诺平均N-S方程,计算具体的流谱数值,完成带自由面的艇体流谱拓扑结构设计,通过对比实验的方式验证了流谱拓扑结构的有效性。结果表明,流谱拓扑结构较旋涡结构的载荷变化速度降低18.75%,稳定性能较好。     

基于ANSYS的结构拓扑优化及其二次开发

本文吸收了"基结构法"和"均匀化法"的思想,提出了"通过力传递的路径来构造拓扑"和"逐次去劣、两极分化"的拓扑优化新思路和方法,对有限元软件ANSYS的拓扑优化功能作了二次开发,拓展了ANSYS拓扑优化结构单元的适用种类,且不仅可以求解连续结构的拓扑优化问题,还可以求解桁架结构的拓扑优化问题,编制了相应程序考证了连续体和桁架两种类型的典型算例,最后将此方法应用于一个船舶板架结构优化中,得到了预期的结果.     

工程结构的拓扑优化设计研究

本文讨论了连续体结构拓扑优化的均匀化方法及其相关理论，分别针对静力问题和特征值问题建立了相应的结构拓扑优化模型。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，尤其在国内尚尾于起步阶段。本文将结构拓扑优化设计理论应用于实际工程结构的概念设计之中，并取得了较好的优化效果。通过对经典算例和某卫星构架子结构的拓扑优化计算，表明本文建立的结构拓扑优化模型能够有效地应用于工程结构的拓扑优化设计，从而为工程结构的结构型式选取提供了有价值的概念设计方案。     

基于复合材料的水下耐压结构拓扑优化探究

探究基于复合材料的拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用.本文方法是在等值线方法、SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型、灵敏度过滤技术的基础上,推导复合材料的等效刚度矩阵.通过经典桥形结构优化算例、静水压作用下的结构拓扑优化设计以及空心水下耐压结构优化设计,分析了在拓扑相关载荷作用下,复合材料对于水下耐压结构的最优拓扑形式的影响.发现复合材料与各向同性材料结构的优化结果比较相似,而复合材料的铺层方式及角度的变化可能对优化结果产生较大的影响,本文对空心耐压结构的优化结果与MIT团队提出的耐压壳概念相类似,说明复合材料的拓扑优化研究对于未来水下耐压结构的设计具有重要的参考价值及指导意义.     

基于SIMP拓扑优化理论的结构概念设计研究

为了探讨机床结构概念设计问题,并提供符合工程实际的、用于概念设计阶段的机床结构设计方法,文中将拓扑优化方法与有限元结合应用于结构概念设计进行了研究。以UG作为CAD造型平台,以ANSYS作为CAE有限元建模和分析平台,采用SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)拓扑优化理论建立数学模型,并应用改进的启发式拓扑优化准则算法进行数学模型的求解,得到经过拓扑优化的结构概念设计的方案模型。文中将拓扑优化方法与CAD/CAE系统进行集成应用于解决船舶舵叶连接法兰面加工专机的升降台的拓扑结构优化。优化结果为结构详细设计阶段的形状优化和截面优化提供设计优化区域和原型。从结构概念设计的结果看出,其优化设计过程较稳定、有效,能够满足工程上概念设计的需要。     

考虑腐蚀影响与屈曲强度的液压折叠式舱口盖结构优化

液压舱口盖在承受集装箱载荷和风雨载荷过程中起着非常关键的作用.根据液压舱口盖的受力与变形特点,将优化理论应用于液压舱口盖结构优化设计中,建立了液压舱口盖结构优化模型.以液压舱口盖结构重量为目标函数,优化过程中考虑了强度、刚度和心曲等多种约束工况.在多种载荷作用下,优化了液压舱口盖结构,使优化后的液压舱口盖结构不但满足强度和刚度衡准要求,同时也满足屈曲强度要求.     

基于复合材料的水下耐压结构拓扑优化探究

探究基于复合材料的拓扑优化设计方法在水下耐压结构设计中的应用。本文方法是在等值线方法、SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型、灵敏度过滤技术的基础上,推导复合材料的等效刚度矩阵。通过经典桥形结构优化算例、静水压作用下的结构拓扑优化设计以及空心水下耐压结构优化设计,分析了在拓扑相关载荷作用下,复合材料对于水下耐压结构的最优拓扑形式的影响。发现复合材料与各向同性材料结构的优化结果比较相似,而复合材料的铺层方式及角度的变化可能对优化结果产生较大的影响,本文对空心耐压结构的优化结果与MIT团队提出的耐压壳概念相类似,说明复合材料的拓扑优化研究对于未来水下耐压结构的设计具有重要的参考价值及指导意义。     

基于结构强度的超细长三体船片体布局优化的研究

以一艘超细长三体船为例,计算了其在不规则波下的波浪载荷响应。考虑速度的影响,研究了基于波浪载荷响应的片体布局优化。计算结果表明,超细长三体船的总纵弯矩分布规律符合船体梁假定。由于三体船较常规单体船宽,沿着船宽方向亦可假设成两端简支的单跨梁;片体的相对位置不影响产生载荷响应峰值的波浪遭遇频率,但会影响响应的幅值。在优化片体相对位置,需考虑高航速的影响。     

舰船电力网络拓扑分析新方法

针对传统舰船电网拓扑分析方法存在的针对性不强,效率不高,运算量随网络规模增大而显著增加的缺点,本文提出基于面向对象技术的舰船电力系统拓扑跟踪新方法,实现了不同类型的支路状态变化后的局部电网结构的快速跟踪.算例分析证明了本算法的有效性,表明本算法较传统算法效率更高.     

锚机机架结构优化设计

结合有限元法、拓扑优化理论以及尺寸优化理论,对某锚机机架进行了系统的创新设计。首先根据锚机设计参数确定该机架的基本尺寸和材料参数,以此建立机架有限元模型,并在此基础上建立拓扑优化模型,得出该机架的最佳传力路径;再根据优化结果建立了三种设计方案的壳单元数值模型和相应的包含离散变量的尺寸优化模型,进行机架的详细设计和比较分析,得出最优机架结构。     

基于邻接矩阵法的独立电网拓扑分析研究

本文结合图论理论和独立电网的网络特点,提出一种基于邻接矩阵的局部拓扑分析方法,进而扩展为全局拓扑分析方法。通过建立子系统节点数据表和与节点对应的支路表压缩了存储空间,提高了运算速度。计算结果表明此方法结构清晰、计算较快,适合独立电网的拓扑分析及相关应用。     

拓扑优化技术在拱式纵梁码头结构中的应用

近年来,结构拓扑优化设计已成为结构优化研究领域的热点。针对新型的拱式纵梁码头结构,基于ANSYS有限元理论,采用拓扑优化方法对拱式纵梁的拱轴线线型进行选择,将得出的拱轴线应用于拱式纵梁码头结构中。通过实例证明了拓扑优化生成的拱轴线的合理性及其在工程应用中的可行性。     

基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。     

水下航行体波浪力理论预报

本文对水下航行体近水面航行状态进行波浪力的计算,计算采用STF理论和Frank源分布紧密拟合方法预报波浪力响应以及用Newman细长体方法和3D修正方法计算水下航行体的二阶平均波浪力与力矩.该方法和计算程序已经过多次模型试验结果比较和验证.采用该方法就某水下航行体计算了二种水深、七种相对浪向下近水面波浪力响应,并给出了波浪力参数随水深变化与浪向变化的计算结果.     

用于舰船电力推进系统的级联型高压交交变频器研究

为了解决无环流循环变频器输出频率受限的问题,本文提出了基于变压器移相级联的高压交交变频拓扑。本文采用了一种新型的基于测量每一个桥臂的管压降的零电流检测方法。为了防止了误发“假有电流”信号,设计了相应的检测电路。仿真和实验表明,该拓扑能够提高输出电压和频率,减小谐波污染,适用于高压大容量的舰船电力推进系统。     

一种新型H桥式五电平逆变器电压平衡控制

本文提出了一种新型H桥式五电平逆变器,对其工作原理进行了研究和仿真。研究了五电平逆变器存在的直流侧电容电压不平衡问题,并提出了该型逆变器直流侧电容电压平衡控制策略。