检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2023年第17期59卷 220-231页

作者：江和昕何智成周恩临湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

增材制造技术的快速发展为拓扑优化产生的复杂设计提供了一种有效的制造手段。然而,与传统制造方式相比,由增材制造逐层打印工艺获得的结构通常表现为具有各向异性的刚度和强度特性,经验性地选择优化结构的打印方向忽略了工艺的影响,严... 详细信息

增材制造技术的快速发展为拓扑优化产生的复杂设计提供了一种有效的制造手段。然而,与传统制造方式相比,由增材制造逐层打印工艺获得的结构通常表现为具有各向异性的刚度和强度特性,经验性地选择优化结构的打印方向忽略了工艺的影响,严重限制增材制造结构性能。因此,提出一种结构拓扑与打印方向协同优化方法,用于各向异性材料模型下的构型及打印角设计,并通过改善各设计变量相互耦合导致的优化收敛不稳定问题,实现增材制造产品综合性能提升。首先,建立基于材料旋转角的各向异性等效刚度矩阵和基于Tsai-Hill失效准则的强度约束表达式。其次,引入拉格朗日乘数以同时考虑结构柔度与失效系数约束,并推导关于单元设计变量的灵敏度方程,以及开发权值混合方法进一步推导关于材料旋转角的解析解。最后,采用一系列数值算法及关键参数更新策略稳定优化历程。典型算例表明,所提方法可以有效地产生最佳拓扑结构和打印方向,在保证结构强度的同时显著提高刚度特性,且优化过程易于收敛。

关键词：增材制造拓扑优化各向异性材料失效准则打印方向

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跨尺度结构智能优化方法与快速设计

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机械科学与技术 2024年第2期43卷 358-365页

作者：霍树林江和昕宋贤海周恩临何智成湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082 南昌航空大学材料科学与工程学院南昌330036

跨尺度拓扑优化设计极大激发了结构轻量化潜力,在先进装备的开发中具有重要作用。然而基于传统有限元的结构拓扑优化算法难以适应产品快速迭代的需求。为此,本文提出了一种基于耦合深度学习的跨尺度拓扑优化方法,通过集成残差神经网络(R... 详细信息

跨尺度拓扑优化设计极大激发了结构轻量化潜力,在先进装备的开发中具有重要作用。然而基于传统有限元的结构拓扑优化算法难以适应产品快速迭代的需求。为此,本文提出了一种基于耦合深度学习的跨尺度拓扑优化方法,通过集成残差神经网络(Resnet)、U-net架构及SEnet中的注意力机制,建立快速生成双尺度拓扑结构的深度学习模型。模型训练数据利用双向渐进结构优化算法产生,并用一组全新的数据对模型进行测试。数值算例表明,本文提出的深度学习模型可以高效且准确的生成基于各种边界下的宏观材料分布与微观拓扑结构。

关键词：跨尺度拓扑优化耦合深度学习微结构轻量化

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基于增材制造各向异性的强度约束拓扑优化

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中国机械工程 2022年第19期33卷 2372-2380,2393页

作者：何智成杨丁丁姜潮伍毅江和昕湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室长沙410082

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,... 详细信息

增材制造工艺的特殊性导致制造结构展现出各方向不同的力学性能,为满足其所带来的更加严苛的结构强度设计需求,提出了一种基于双向渐进结构优化法的各向异性强度约束拓扑优化策略。推导了描述增材结构强度的各向异性Tsai-Hill失效系数,通过权重因子构建了包含失效系数约束的目标函数。详细求解了优化灵敏度公式,并采用敏度归一化等数值方法稳定优化历程。典型算例表明,所提方法可有效抑制高失效风险区域以保证结构强度,且在材料各向异性强度假设下可获得更优于von-Mesis应力相关设计的结果。此外,优化结果高度依赖于各向异性程度与材料堆叠角度参数的变化,因此合理的调整将有助于优化结构性能。

关键词：增材制造拓扑优化各向异性强度双向渐进结构优化法 Tsai-Hill失效系数

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基于混合不确定下的热弹性结构拓扑优化研究

基于混合不确定下的热弹性结构拓扑优化研究

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作者：江和昕湖南大学

学位级别：硕士

拓扑优化方法以其具有设计自由度多、资源利用效率高、应用潜力大等优点被广泛应用于实际工程领域。然而,随着工程部件服役环境的复杂性不断增加以及精确参数信息的高代价量化,依靠传统方式的拓扑设计将对服役部件产生不可预计的性能影... 详细信息

拓扑优化方法以其具有设计自由度多、资源利用效率高、应用潜力大等优点被广泛应用于实际工程领域。然而,随着工程部件服役环境的复杂性不断增加以及精确参数信息的高代价量化,依靠传统方式的拓扑设计将对服役部件产生不可预计的性能影响。一方面,对性能指标极为敏感的航空航天等重大工程领域的结构部件普遍处在高速、高压和高温等工作环境下。当热载荷和机械载荷同时作用于结构部件中时,结构的形状和拓扑变得复杂,有时甚至不直观。另一方面,大多数拓扑优化问题所涉及的参数都是在确定假设下进行的,但实际工程中,由于制造公差、材料属性、几何尺寸、负载和边界条件等各种原因,不可避免地存在着不确定性。因此,发展热力耦合下的稳健性连续体拓扑优化研究具有重要的意义。本文的主要研究内容如下:(1)探讨了一种考虑热效应的结构双尺度有限元建模与分析方法。首先,研究一类具有线弹性和各项同性的材料模型,通过引入热弹性问题平衡方程,建立其本构理论。其次,通过推导热弹性问题平衡方程,构建了宏观尺度热力耦合有限元模型,并以边界条件作为输入求得热弹性结构应力应变信息。最后,考虑到周期性材料结构有助于实现复杂环境下的性能突破,进一步引入渐进展开的均匀化方法,获取微观周期结构均质材料的有效性能,建立跨尺度问题有限元计算流程,实现对热弹性问题双尺度模型的有效分析。(2)提出了一种用于热弹性结构并行设计的拓扑优化方法。借助双向渐进结构优化(Bi-directional Evolutionary Structural Optimization,BESO)方法,将热弹性问题集成到拓扑设计中,建立基于BESO法的热力耦合拓扑优化方程。同时,根据热弹性问题双尺度模型,构建以最小柔度为目标的并行优化表达式与约束方程,实现在宏微观尺度上的同步设计。最后,通过几个数值算例验证所提方法的有效性。(3)提出了一种考虑材料属性不确定的稳健性拓扑优化(Robust Topology Optimization,RTO)方法。首先,针对结构材料属性参数的不稳定性及样本有限性,定义了一组服从正态分布的区间随机变量,建立了区间随机混合不确定模型来同时处理概率不确定性和认知不确定性。为了有效地解决不确定性传播问题,提出了一种混合不确定摄动分析方法(Hybrid Uncertainty Perturbation Analysis Method,HUPAM)以计算在不确定参数下的最坏情况。其次,将HUPAM集成到拓扑优化方程中,目标函数被表示为均值和标准差的线性组合,通过最小化目标函数的最大值,建立了RTO分析表达式。最后,通过几个数值算例说明所提算法的有效性。(4)结合热弹性结构并行拓扑优化理论和RTO方法,建立了热弹性结构RTO并行设计模型。针对结构材料参数和热膨胀系数的不确定性,开展了热效应和不确定参数对结构最终拓扑的研究,对比了热弹性结构确定性设计与稳健性设计的区别,并通过蒙特卡洛模拟(Monte Carlo Simulation,MCS)验证了稳健性优化算法的准确性。最后,通过几个数值算例说明考虑热效应的必要性以及所提方法在处理不确定性的能力。

关键词：拓扑优化方法热弹性结构双尺度模型稳健性设计区间随机混合不确定摄动分析方法

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一种多级螺旋碳纤维复合材料、制备工艺方法及其应用

一种多级螺旋碳纤维复合材料、制备工艺方法及其应用

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作者：何智成覃承富江和昕李荣启 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号

本发明涉及汽车轻量化结构，具体涉及一种多级螺旋碳纤维复合材料、制备工艺方法及其应用，为了解决目前我国高强度的碳纤维复合材料水平不足的问题，故提出本发明，包括：多级螺旋碳纤维和树脂，所述多级螺旋碳纤维和所述树脂相结合；... 详细信息

标准号: CN114953515B

本发明涉及汽车轻量化结构，具体涉及一种多级螺旋碳纤维复合材料、制备工艺方法及其应用，为了解决目前我国高强度的碳纤维复合材料水平不足的问题，故提出本发明，包括：多级螺旋碳纤维和树脂，所述多级螺旋碳纤维和所述树脂相结合；所述多级螺旋碳纤维的基础单元是碳纤维单体，第一级碳纤维单体为碳纤维单丝束，至少两股第一级碳纤维单体构成第二级碳纤维单体，直至至少两股第i‑1级碳纤维单体构成多级螺旋碳纤维，多级螺旋碳纤维为i‑1级螺旋结构，其中，i代表螺旋级数，是至少大于1的正整数，为汽车等关键承力部件提供了高性能的碳纤维。

关键词：碳纤维多级螺旋碳纤维复合材料第一级汽车轻量化碳纤维单丝承力部件基础单元螺旋结构制备工艺树脂相正整数树脂汽车应用

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一种增材制造技术的单连通结构优化方法及其系统

一种增材制造技术的单连通结构优化方法及其系统

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作者：何智成江和昕周恩临夏绪宇 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路麓山门

本发明属于拓扑优化设计领域，具体涉及一种增材制造技术的单连通结构优化方法及其系统，包括如下步骤：S1：采用双向渐进结构优化方法，得到待优化结构的单元密度分布与灵敏度信息；S2：采用连通组件标记算法判断当前优化结构连通状态... 详细信息

标准号: CN115169029A

本发明属于拓扑优化设计领域，具体涉及一种增材制造技术的单连通结构优化方法及其系统，包括如下步骤：S1：采用双向渐进结构优化方法，得到待优化结构的单元密度分布与灵敏度信息；S2：采用连通组件标记算法判断当前优化结构连通状态；S21：当优化结构内没有封闭空腔时，则转至S3；S22：当优化结构内有封闭空腔时，构建连通性约束下的连续体结构拓扑优化模型，并采用改进A^*算法求解最小损失下的连通路径，基于连通路径的组成单元，将当前结构中的设计变量灵敏度弱化为全局最低，转至S1；S3：判断最终结果是否达到收敛条件要求；S31：若达到则输出优化结果，得到单连通结构拓扑优化设计方案；S32：若未达到则转至S1。

关键词：优化结构封闭空腔连通结构连通路径拓扑优化连续体结构拓扑灵敏度信息结构优化连通状态密度分布设计变量收敛条件输出优化算法判断优化模型组成单元组件标记最小损失最终结果灵敏度连通性求解构建渐进算法连通全局优化制造改进

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一种多级螺旋碳纤维复合材料、制备工艺方法及其应用

一种多级螺旋碳纤维复合材料、制备工艺方法及其应用

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作者：何智成覃承富江和昕李荣启 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号

标准号: CN114953515A

关键词：碳纤维多级螺旋碳纤维复合材料第一级汽车轻量化碳纤维单丝承力部件基础单元螺旋结构制备工艺树脂相正整数树脂汽车应用

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