连续体结构拓扑优化探讨与应用

以连续体结构为研究对象,对拓扑优化的插值方法、求解算法等进行了简单的探讨,将变密度法和优化准则法成功的应用到连续体结构的拓扑优化设计中.应用变密度法建立结构的拓扑优化数学模型减少了设计变量的数量;采用最优化准则法进行求解提高了计算效率.最后计算并讨论了双工况梁和MBB梁的拓扑结构模拟,取得了较理想的拓扑结果,达到了增强刚度、减轻结构质量的目的.     

连续梁体结构拓扑优化的密度惩罚法

针对桥梁结构优化设计中存在的问题,而提出的一种基于密度惩罚法的连续体结构拓扑优化问题的优化准则算法．经Matlab实例试算表明,可得到满意的优化结果,因而具有一定的应用推广价值。     

三维结构多频拓扑优化设计研究

基于ESO方法并结合工程实际的需要,对三维结构的多频率优化进行了研究.建立了多频优化模型,导出了结构多频率优化灵敏度公式, 给出了优化迭代步骤和衡量优化效率的性能指标,并采用灵敏度重分析技术减少了计算工作量.给出的算例显示了本研究方法的正确性和有效性.     

拱型结构分析的拓扑变化法

本文根据论文《弹性结构拓扑变化的一般定理及拓扑变化法》提出的结构拓扑变化的理论，对变截面无铰拱用拓扑变化法进行了分析，得出了一套全新的绘制无铰拱内力影响线的方法并由此导出了其影响线的显示表达式及内力，位移计算式。该方法彻底摆脱了组建及求解代数方程组交实现了结构拓扑变化分析与有限元分析的结合。     

桁架结构拓扑优化的微粒群算法

为了解决有应力和位移约束的桁架结构的拓扑优化问题,将微粒群算法用于桁架结构拓扑优化.用罚函数法将应力和位移约束下的结构优化问题转化为无约束优化问题,用微粒群算法迭代计算.为了证明此方法的可行性,给出了2个具有应力和位移约束的桁架结构拓扑优化的算例.计算结果表明,微粒群算法与现有算法获得的桁架结构拓扑优化结果一致.     

铰接结构的拓扑变化理论

本文针时季交接结构的特点,讨论其完备的拓扑变化,得出适用于佼接结构的拓扑变化定理及拓扑变化法。      

基于修正巴兰金理论的结构拓扑优化方法

为了探索具有工程实用性的结构优化新方法,应用渐进结构优化方法(ESO)对结构进行基于应力的拓扑优化.通过对巴兰金强度理论的修正,用单轴拉压极限应力比和单元主应力衡量单元应力水平,建立了一种基于修正巴兰金理论的渐进结构优化方法.算例表明,该方法可用于二维和三维结构的拓扑优化.     

考虑屈曲响应的碳钢客车车体底架结构的拓扑优化

利用子结构和拓扑优化相结合的技术,研究碳钢客车车体底架结构的稳定性问题.首先,在1280kN车钩压缩载荷作用下,对某碳钢车车体结构进行线性屈曲分析,指出底架薄板部位因纵向刚度不足导致其屈曲因子偏低;然后,开展整车级底架失稳区域的典型结构的基于屈曲响应的拓扑优化,分别将碳钢车车体底架侧门和端部区域的典型结构定义为非子结构,其它车体单元定义为超单元,它们的边界结点定义为出口结点;接着,依据两典型结构的拓扑优化结果,确定优化设计方案;最后,经整车级结构的稳定性分析,优化结构的屈曲因子分别提高了0.67和0.95.这种考虑屈曲响应的、借助子结构方法的整车级高效的底架拓扑优化技术可推广到车体其它部位的优化设计中.     

基于Hypermesh的立式加工中心立柱结构的拓扑优化

立柱是立式加工中心影响加工精度和结构特性的关键部位,它的固有频率等动力学特性对整机特性影响非常大。通过有限元分析软件HyperWorks中优化模块OptiStruct对GSVM6540L2机床立柱进行单目标拓扑优化和多目标拓扑优化,并根据优化结果和经验对立柱进行了改进,提高了立柱的静动态特性和整机的静动态特性。     

考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能, 利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型; 以双S型轨道车轮为设计蓝本, 分析了轨道车轮的辐板设计域, 提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法; 介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路; 根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准, 分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况, 不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构, 而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构; 对比了优化前后车轮辐板的应力, 并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性, 证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明: 利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的; 在车轮质量不增加的前提下, 优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚, 有效地减小应力集中, 降低结构应力; 对比原双S型车轮, 优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升, 分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%, 其中, 方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高, 并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。     

砌体结构体外预应力抗震加固计算方法研究

利用砌体剪-压复合受力的相关性所带来的抗剪潜力,提出了采用体外预应力法对砌体结构进行抗震加固。通过整体张拉通长设于砌体墙外部两侧全高范围内的预应力筋对墙体施压,改善了结构自身内在的抗震性能。据库仑强度理论,以典型的四层砌体教学楼结构为例,讨论了该种抗震加固设计的简化计算方法。同时,考虑到结构各楼层各位置墙体受压状况的不同,提出了采用＂预应力分级键＂对预应力筋进行分级张拉的策略,实现了按照各墙体所需来施加对应大小的压应力,从而将原结构的有利因素充分调动起来为抗震加固服务,必要时还需设置柔性斜拉杆。     

某越野车车架拓扑优化设计

拓扑优化技术能在给定的设计空间内寻求最佳的材料分布。根据某越野车车架的实际尺寸建立其三维拓扑优化设计空间,以车架质量分数为约束条件,车架柔度最小为目标函数,对车架的弯曲工况进行了单工况拓扑优化设计,并针对这一工况选择不同的优化参数进行了多次优化计算,得到了一组相似的拓扑结构,分析并选择合适的拓扑优化参数。应用得到的拓扑优化参数,基于折衷规划的多目标拓扑优化设计方法,针对汽车使用情况选择合适的工况权重因子,对车架进行了3种工况下的多目标拓扑优化设计研究。     

基于HyperMesh的车架拓扑优化设计

以轻型卡车车架为研究对象,采用HyperMesh建立车架的有限元模型,分析车架的模态,得到原始车架的刚度和模态性能数据。利用OptiStruct对车架进行拓扑优化,并对优化后的模型进行静态及动态特性分析。分析结果表明:优化后的车架结构扭转刚度提高11.5%、一阶扭转频率增大36.7%、一阶弯曲频率提升11.7%,车架总体质量基本保持不变。基于有限元方法的拓扑优化技术应用在车架设计方面是可行的,采用此项技术可以大大提高车架的整体性能。     

纯电动客车车身骨架的拓扑优化设计

基于Hyperworks软件对某纯电动客车车身结构进行有限元分析并采用拓扑优化方法对车身结构进行了轻量化研究。建立了大客车骨架结构的有限元模型并对其进行静力分析与模态分析。对大客车骨架结构进行拓扑优化设计并根据拓扑优化分析结果、车身骨架的设计要求和制造工艺要求,获得了拓扑优化后的车身骨架结构。对优化前后的大客车骨架结构性能进行对比分析,结果表明:在满足工程要求的前提下,优化后的车身骨架减重率为6.76%,取得了一定的轻量化效果。     

动力总成悬置支架多目标拓扑优化和强度分析

基于Optistruct,以支架的最小柔度、最大固有频率作为优化目标函数;以应力、体积作为约束函数,对一发动机后拉杆安装支架进行拓扑优化,优化结果表明:在满足悬置支架强度和模态要求下,质量减少了12%。     

地铁车站基坑围护结构施工方案的优选

地铁车站基坑围护结构施工方案的优选涉及到许多因素,在这些因素中,有很大一部分因素具有较强的模糊性和不确定性,因此,很难用传统的数学方法来处理.本文结合工程实例,在系统地分析了影响地铁基坑围护结构的因素后,运用模糊数学的基本原理,以定量分析为主,定性分析为辅,构造出综合评判的指标体系,建立了简便而有效的实用模型,提出了地铁车站围护结构方案优选的思路和方法,为科学地选择地铁车站围护结构提供了宝贵的理论依据.     

XT型减振器座的拓扑优化实践

为改善XT型减振器座的承载效果,利用拓扑优化方法辅助进行了结构设计.介绍了拓扑优化的基本理论,对减振器座的拓扑优化的过程进行了较为详细的描述.在考虑XT型减振器座的空间限制及材料受力约束的前提下,以Hyperworks为工具合理定义拓扑优化的求解条件,应用变密度法得到了满足设计需要的有效结构,相比初始设计方案结构受力分布状态大大改善.优化结果表明:拓扑优化设计能够提高材料的使用率,降低生产成本,减轻结构自重,在今后的机械设计中将成为一种主要的设计方法.     

基于HyperWorks的车门外把手拓扑优化设计

拓扑优化技术的应用在汽车零部件结构优化和轻量化设计、车身结构设计中有着十分重要的现实意义。本文基于HyperWorks的拓扑优化技术探讨了车门外把手轻量化的可行性。根据外拉式车门外把手的受力与约束情况,对某轻型载货车门外把手原始结构进行了静力分析,并建立了外把手的拓扑优化概念模型;在外把手拓扑优化结果的基础上,对车门外把手进行了二次设计;将二次设计后的车门外把手新结构与原始结构进行了对比分析,结果表明:新结构在维持原有强度、刚度基本不变的情况下,质量较原始结构减轻了28.79%。