非均质材料零件的材料设计

阐述了非均质材料零件设计优化的数学模型，并采用灵敏度分析以及最速下降法对其各个材料区域的材料性能进行设计优化，得到最佳材料性能参数后，再从非均质材料数据库中找到相应的工程材料，合成满足设计要求的非均质材料零件．该方法为设计者提供了切实可行的非均质材料零件的材料设计方法．     

异种材料结合界面附近裂纹尖端处应变分布的模拟试验研究

在非均质体断裂行为的研究中,作者等曾提出过“裂纹尖端塑性区畸变”模型本文设计了一种模拟试验,利用莫尔法获得了异种材料界面附近裂纹尖端处的应变分布,结果证明,在非均质体的分析中,传统的断裂力学的能量判据方法是不适用的.     

基于应变能的结构拓扑优化设计

基于在优化结构边界和孔洞周围附加人工材料的思路，结合传统渐进结构优化法和单元应变能分析，研究了基于应变能的结构拓扑优化方法，给出了结构拓扑优化的基本原理，导出了具有单元增、删功能的渐进结构优化基本公式。对具有各向同性的均质材料的桥墩和桥梁结构进行了仿真设计，结果显示结构的最大与最小应变能的差距显著减小，其拓扑解类似于工程中出现的结构，表明该方法的基本原理可行、有效。     

基于遗传算法的切割路径优化

将遗传算法用于求解加工路径优化问题．针对加工路径优化目标，即零件加工轨迹应走过零件所有内外轮廓且路径最短，给出了非确定型的多项式数学模型，并根据优化目标将其简化为点与点之间的优化．用遗传算法对加工路径优化进行了遗传编码，并对75个零件排样进行了计算机仿真计算．仿真结果显示，最优值（37129mm）为初始值（43622mm）的85％，表明该算法可行。     

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.     

拉伸断裂模拟的细胞自动机模型以及尺寸效应研究

材料的损伤和破坏被称为力学中最复杂、最困难的难题.但是工程实践和所发生的工程灾害迫切地需要深入地研究材料损伤破坏机制,以解决并控制这些重大工程灾害地发生.大量的研究证明,材料的损伤和破坏都是从其微缺陷处起裂、扩展、贯通直至最后破坏的,因此材料的非均质性是造成材料破坏复杂性的一个重要原因.模拟岩石等非均质材料破坏过程的细胞自动机模型,充分考虑材料的非均质性,模拟了其拉伸断裂过程,研究了试验中所出现的尺寸效应现象,数值模拟结果与试验结果保持了较好的一致性.     

基于运动构件的拓扑优化方法研究

针对运动机构中零件拓扑优化设计的问题,利用刚柔耦合动力学仿真分析为运动构件提供边界条件,进而利用惯性释放进行分析。利用惯性释放的方法可以保证复杂运动机构中零件拓扑优化方案的可信度。以转向连杆机构中某零部件为例,介绍了运动构件的拓扑优化新的设计思路。     

多型负泊松比材料-结构协同设计

为提高负泊松比材料的刚度性能,同时保证负泊松比材料的冲击吸能特性,提出材料-结构协同优化设计,以泊松比最小为目标,微观材料设计区域各单元的相对密度为设计变量,优化得到多种体分比下的最优微结构,同时基于刚度最大的优化目标得到宏观结构的材料分布,根据宏观最佳材料分布来指导各微结构间的排列组合,建立多型微结构负泊松比材料模型。仿真结果表明：与单一型负泊松比材料相比,多型负泊松比材料有较好的刚度增强效果和更好的能量吸收能力。     

基于MMC的自修复材料结构与微胶囊的协同优化

自修复材料作为一种力学构件不仅需要结构宏观构型的拓扑优化，而且需要兼顾自修复剂载体微胶囊的尺寸和分布对自修复材料力学性能和修复效果的影响，因此对结构宏观构型与内置微胶囊进行协同优化具有重要的意义。研究基于可移动变形组件法，以结构柔度为目标函数，材料面积为约束条件，建立了内置微胶囊组件的二维数学模型，基于移动渐近线法（MMA），给出了协同优化自修复材料的设计方法，并与经典自修复材料进行了对比研究，验证了协同优化的优越性。研究表明：两类自修复材料的构型具有相似性；两类自修复材料的结构柔度均随微胶囊体积分数的增加而提高，力学性能发生不同程度的劣化；与经典自修复材料相比，随着体积分数的增加，协同优化自修复材料呈现出更为优异的力学性能，当体积分数接近14%时，其柔度值仅为经典自修复材料的66.1%。     

基于遗传算法的77 GHz超材料微带天线拓扑优化

针对微带天线增益性能偏低的问题，提出了适用于77 GHz的常规矩形微带天线，并以此为基准引入超材料格子型基元，以天线增益为设计目标，有无超材料方格子为设计变量，基于遗传算法排布超材料基元的拓扑微结构。针对超材料基元拓扑构型中存在的点连接问题，引入冗余设计的理念重新优化设计，并分析了超材料天线高增益的机理。仿真结果表明：相较于常规矩形微带天线，其增益由7.32 dB提升到10.50 dB，增幅高达43.4%。