检索结果-内蒙古大学图书馆

机械工程学报 2021年第19期57卷 39-47页

作者：何健何猛夏凉史铁林华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074

基于双向渐进结构优化法提出一种面向柔性机构的拓扑优化设计策略。由于采用0/1离散拓扑设计变量和启发式变量更新机制,双向渐进结构优化法一般适用于结构刚度相关的凸优化设计问题。柔性机构以最大化驱动端的位移为设计目标,属于典型... 详细信息

基于双向渐进结构优化法提出一种面向柔性机构的拓扑优化设计策略。由于采用0/1离散拓扑设计变量和启发式变量更新机制,双向渐进结构优化法一般适用于结构刚度相关的凸优化设计问题。柔性机构以最大化驱动端的位移为设计目标,属于典型的非凸优化问题,难以直接应用该方法开展相应的设计。针对于此,通过定义一种由驱动位移和刚度特性(柔顺度)加权平均的优化目标函数,实现基于双向渐进结构优化法的柔性机构设计。该优化目标函数具有双重功效:①通过逐步(设计迭代步)衰减刚度特性的贡献,实现优化问题由刚度设计向驱动设计的动态演化,可应用双向渐进结构优化法开展机构的拓扑构型设计;②通过调节加权系数,实现对设计机构的驱动性能和刚度特性的灵活匹配调控,可有效抑制铰链的形成、防止应力集中引起的失效。典型算例的设计结果显示,提出的发展的演化式设计策略可实现稳健且高效的柔性机构设计。

关键词：柔性机构拓扑优化双向渐进结构优化法动态演化驱动设计

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基于改进的双向渐进结构优化法的应力约束拓扑优化

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力学学报 2018年第2期50卷 385-394页

作者：王选刘宏亮龙凯杨迪雄胡平大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室大连116023 华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206

工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种... 详细信息

工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种改进的双向渐进结构优化方法,处理体积和应力约束下的最小柔顺性问题.引入基于K-S函数的全局应力度量,以减小大量局部应力约束引起的计算代价.采用拉格朗日乘子法将应力约束函数引入到目标函数,然后由二分法确定合适的拉格朗日乘子的值使得应力约束得到满足.而且,详细推导了基于BESO方法的应力约束拓扑优化模型及其灵敏度列式,最后通过三个典型拓扑优化算例验证改进方法的有效性.为展示考虑应力约束的优点,将应力约束设计与传统的基于刚度的设计进行了比较.结果表明,改进的BESO方法优化迭代过程稳健,获得了边界灰度单元很少的清晰的拓扑构型,并实现了有效降低应力集中效应的设计.

关键词：结构拓扑优化应力约束双向渐进结构优化法拉格朗日乘子法二分法

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基于双向渐进结构优化法的机翼翼肋拓扑优化设计

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西北工业大学学报 2024年第6期42卷 1005-1010页

作者：黄成磊范庆明刘红军喻伯牙西安工业大学机电工程学院陕西西安710021 西北工业大学无人机特种技术重点实验室陕西西安710072

太阳能无人机对自身结构质量的要求极为苛刻,而机翼作为太阳能无人机的重要组成部分,其质量占据了整体结构的绝大部分比重。因此,通常可对机翼结构进行优化设计,在满足结构强度的同时尽可能最大限度地降低机翼结构质量,进而提高无人机... 详细信息

太阳能无人机对自身结构质量的要求极为苛刻,而机翼作为太阳能无人机的重要组成部分,其质量占据了整体结构的绝大部分比重。因此,通常可对机翼结构进行优化设计,在满足结构强度的同时尽可能最大限度地降低机翼结构质量,进而提高无人机的整体性能。以某大展弦比的太阳能无人机机翼为研究对象,利用双向渐进结构优化法,以机翼整体最小应变能为目标函数、翼肋体积分数为约束,对翼肋进行拓扑优化设计,根据单元应力大小对翼肋内部材料进行合理增删,并将优化后的翼肋进行重新设计,最终机翼整体质量下降了29.7%。结果表明:应用文中方法可以得到翼肋的最佳构型,有效提高了材料利用率,并且机翼结构质量大大降低,为太阳能无人机的轻量化研究提供了一定参考。

关键词：机翼结构太阳能无人机双向渐进结构优化法拓扑优化翼肋减轻孔

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基于双向渐进结构优化法的装载机动臂拓扑优化

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农业机械学报 2006年第11期37卷 24-27页

作者：范文杰徐进永张子达清华大学汽车工程系山东临工工程机械有限公司吉林大学机械科学与工程学院

利用双向渐进结构优化法研究了装载机动臂结构的拓扑优化问题。利用有限元软件ANSYS的APDL语言进行二次开发,实现了多工况下基于应力水平的双向渐进结构优化法(BESO)。对装载机工作装置的动臂进行多工况下的结构双向渐进拓扑优化,得到... 详细信息

利用双向渐进结构优化法研究了装载机动臂结构的拓扑优化问题。利用有限元软件ANSYS的APDL语言进行二次开发,实现了多工况下基于应力水平的双向渐进结构优化法(BESO)。对装载机工作装置的动臂进行多工况下的结构双向渐进拓扑优化,得到了动臂的最佳拓扑结构。结果表明了该方法的实用性和有效性,且比ESO方法具有更高的效率。

关键词：装载机动臂拓扑优化双向渐进结构优化法

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基于改进双向渐进结构优化法的钢节点拓扑优化研究

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计算力学学报 2024年第6期41卷 991-997页

作者：汤朋山杜文风李少龙顾金超高博青河南大学钢与空间结构研究所开封475004 浙江大学空间结构研究中心杭州310027

为提升双向渐进结构优化法(BESO)优化钢结构节点时的计算效率,充分解决优化过程中存在的棋盘格和网格依赖现象,提出了一种改进双向渐进结构优化法SJ-BESO。该方法引入灵敏度滤波半径,对过滤半径范围内各个单元的灵敏度值进行加权处理,... 详细信息

为提升双向渐进结构优化法(BESO)优化钢结构节点时的计算效率,充分解决优化过程中存在的棋盘格和网格依赖现象,提出了一种改进双向渐进结构优化法SJ-BESO。该方法引入灵敏度滤波半径,对过滤半径范围内各个单元的灵敏度值进行加权处理,并通过设置灵敏度阈值段确定元素的保留、删除或添加,同时引入收敛参数确保结构计算趋优的稳定性。通过钢牛腿节点算例将SJ-BESO与BESO进行对比分析,发现SJ-BESO有效提升了计算迭代效率并克服了棋盘格和网格依赖现象。再通过分叉节点算例将SJ-BESO与变密度法(SIMP)比较,表明SJ-BESO的优化方案材料利用效率更高。SJ-BESO适用于钢节点的拓扑优化,具有良好的计算效率和优化效果。

关键词：双向渐进结构优化法钢节点灵敏度滤波有限元分析增材制造

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基于双向渐进结构优化法的油茶籽脱壳机辊筒的拓扑优化设计

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中国油脂 2019年第2期44卷 147-152,160页

作者：李明真薛强李洋天津科技大学机械工程学院天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室天津300222

辊筒是油茶籽脱壳机中的关键部件,辊筒的设计水平对脱壳机脱壳的质量与产量起到关键作用。对于目前存在的辊筒质量偏重、转动惯量过大的设计问题,应用双向渐进结构优化法(BESO)设计辊筒的新结构。对油茶籽脱壳机的辊筒建立了结构拓扑优... 详细信息

辊筒是油茶籽脱壳机中的关键部件,辊筒的设计水平对脱壳机脱壳的质量与产量起到关键作用。对于目前存在的辊筒质量偏重、转动惯量过大的设计问题,应用双向渐进结构优化法(BESO)设计辊筒的新结构。对油茶籽脱壳机的辊筒建立了结构拓扑优化的数学模型,使用Abaqus进行了仿真实验,编写Python优化程序对模型进行了结构优化。根据优化结果结合仿真实验设计出了新辊筒。在同样载荷约束下,通过对比优化前后两种辊筒的应力与位移,新辊筒的应力分布更加均匀,新辊筒在强度、刚度允许的前提下,其体积、质量比原辊筒减少了37. 2%,降低了辊筒的材料成本;转动惯量减小31. 8%,使其启动和制动时间更短,同时可以选择功率更小的电机,有效减少了整机耗电量。该方法为后续辊筒的设计提供了新的思路。

关键词：双向渐进结构优化法油茶籽脱壳机有限元模型

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基于双向渐进结构优化法的约束阻尼拓扑优化研究

基于双向渐进结构优化法的约束阻尼拓扑优化研究

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作者：李申芳桂林电子科技大学

学位级别：硕士

薄壁结构在现代工程领域有广泛应用,但薄壁结构存在面积大刚度低的特点,由此引发的振动问题也十分常见。约束阻尼材料具备良好的能量损耗特性,通过在薄壁结构上敷设约束阻尼是抑制结构振动的一种重要手段,目前在工程领域中被广泛应用于... 详细信息

薄壁结构在现代工程领域有广泛应用,但薄壁结构存在面积大刚度低的特点,由此引发的振动问题也十分常见。约束阻尼材料具备良好的能量损耗特性,通过在薄壁结构上敷设约束阻尼是抑制结构振动的一种重要手段,目前在工程领域中被广泛应用于薄壁结构减振设计。一直以来,学者对敷设约束层阻尼的研究主要集中在阻尼材料的整体敷设,但在工程中许多薄壁结构都是有设计要求的,整体敷设阻尼材料不仅增加生产成本和结构重量也不满足结构轻量设计准则。因此进行结构表面的约束层阻尼材料敷设位置拓扑构型研究具有十分重要意义。本文对约束阻尼结构中最佳阻尼材料分布设计进行研究,包括如下主要内容:约束阻尼结构有限元建模。建立约束阻尼结构的矩形单元有限元模型,分析了约束阻尼结构单元的变形位移关系,采用复模量模型来描述中间阻尼材料的本构关系,基于能量法完成约束阻尼结构有限元模型的建模工作。采用与相关文献对比的方式对所建立的有限元模型进行准确性分析。对附加在薄壁结构上的约束阻尼的最佳材料分布进行拓扑优化设计。首先建立了基于双向渐进结构优化法拓扑优化数学模型,将阻尼结构模态损耗因子最大化设定为优化的目标函数,约束阻尼材料用量设定为优化的约束条件。根据模态应变能法推导了拓扑优化设计的单元灵敏度,对于优化过程中的数值不稳定现象采用独立网格滤波方法进行抑制,分析了拓扑优化模型的更新策略和收敛条件。根据分析的双向渐进结构优化法基础理论编制约束阻尼结构的拓扑优化流程,对悬臂梁和四边固支板约束阻尼布局进行拓扑优化设计。同时搭建了用于悬臂梁和四边固支板的频率响应测试系统,采用力锤激励法对实验样件进行模态测试,验证了对优化结果的准确性及有效性。针对某型号商用车地板薄壁结构,基于混响室—消声室法及模态参与因子分析法对车地板薄壁结构的传递损失进行研究,得出第一阶模态和第六阶模态是影响驾驶室地板传递损失的主要模态。对这两阶主要模态进行约束阻尼处理来改善的传递损失性能,应用双向渐进结构优化法实现约束阻尼敷设位置优化设计。仿真结果表明:通过对驾驶室地板结构进行约束阻尼处理布局优化,能够改善驾驶室地板的传递损失。全覆盖约束阻尼时地板在第一阶和第六阶模态处的传递损失分别为4.8d B和7.5d B,较未覆盖约束阻尼时分别提升了2.7d B和3.9d B。分别对第一阶和第六阶模态进行优化时,经优化后在第一阶和第六阶模态处的传递损失较全覆盖时分别减低了0.7d B和1.1d B。同时对第一阶和第六阶模态进行优化时,经优化后在第一和第六阶模态处的传递损失较全覆盖时分别减低了1.2d B和1.7d B。优化后的驾驶室地板传递损失与全覆盖约束阻尼时相差较小,而材料用量较全覆盖时减少了75%,有效提高了约束阻尼材料的使用率。

关键词：约束层阻尼结构拓扑优化双向渐进结构优化法商用车地板传递损失

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基于双向渐进结构优化法的疲劳约束拓扑优化研究

基于双向渐进结构优化法的疲劳约束拓扑优化研究

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作者：常涛燕山大学

学位级别：硕士

拓扑优化的目的是在设计区域内找到材料的最佳分布，以便在设计阶段初期提供新颖合理的结构构型。目前，对连续拓扑优化的应用主要集中在静力学刚度优化上，然而，工程实践中的优化问题通常是动态的，大多数机械系统的失效被认为是由于... 详细信息

拓扑优化的目的是在设计区域内找到材料的最佳分布，以便在设计阶段初期提供新颖合理的结构构型。目前，对连续拓扑优化的应用主要集中在静力学刚度优化上，然而，工程实践中的优化问题通常是动态的，大多数机械系统的失效被认为是由于结构的强度失效和疲劳失效引起。因此，本文基于双向渐进结构优化方法（BESO,Bi-directionalEvolutionaryStructuralOptimizationMethod），研究了应力约束优化拓扑方法，在此基础上，提出了一种动载荷下疲劳约束拓扑优化方法。　　（1）基于BESO方法，针对强度优化问题，研究了应力约束结构体积最小拓扑优化方法，采用p-norm应力聚集函数法处理应力约束问题，进而采用p-norm凝聚应力改进了基于体积和应力的性能评价指标，定义了基于性能评价指标的收敛准则;最后通过两个经典算例验证了该算法的有效性。　　（2）研究了疲劳强度优化问题，提出了一种非周期载荷下基于BESO法的疲劳约束优化方法。通过瞬态动力学分析提取有效应力循环，根据Miner累积损伤理论和结构的设计寿命要求，将疲劳约束转化为应力问题;建立了非周期载荷下结构的拓扑优化数学模型，基于动力学有限元分析，给出了全新的动响应单元灵敏度计算公式;最后对L形梁优化计算，该算法可以在满足疲劳寿命要求的同时获得合理的结构。　　（3）基于ANSYS软件，使用APDL编程来实现核心程序的二次开发，实现了静应力约束、动应力约束、疲劳约束拓扑优化算法，并使用UIDL语言编写了不同BESO算法的图形界面。丰富了ANSYS软件的拓扑优化功能，并扩大了BESO方法的适用范围。　　（4）将基于BESO的疲劳约束拓扑优化方法应用于航空EHA阀块的优化中，获得EHA阀块的最佳结构，实现在疲劳约束下的EHA阀块体积最小化设计;随后基于拓扑结果对EHA阀块进行重构设计，通过优化前后对比分析，在满足疲劳寿命要求的前提下，航空EHA阀块减重了18.5%，实现了航空EHA疲劳约束拓扑轻量化设计。

关键词：疲劳约束拓扑优化双向渐进结构优化法

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基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计研究

基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计研究

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作者：杨行山东大学

学位级别：硕士

对于难以直接成形的形状复杂锻件,通常需要进行一次或多次预成形才能得到合格的终锻件。预成形设计是锻造工艺设计中最重要,也是最困难的工作。合理的预成形设计是保证锻件具有良好成形质量的关键。随着计算机技术和有限元模拟技术的发... 详细信息

对于难以直接成形的形状复杂锻件,通常需要进行一次或多次预成形才能得到合格的终锻件。预成形设计是锻造工艺设计中最重要,也是最困难的工作。合理的预成形设计是保证锻件具有良好成形质量的关键。随着计算机技术和有限元模拟技术的发展,国内外学者已提出了多种基于成形过程模拟的预成形优化设计方法。在分析各种预成形优化设计方法优缺点的基础上,本文将双向渐进结构优化法应用到锻造成形过程的预成形设计中,提出了一种新的预成形优化设计方法。双向渐进结构优化法是一种新颖的优化方法,最初应用于连续体结构优化设计。它根据一定的增删准则,通过对连续体逐步增加或者删除材料,来获得满足要求的最优结构。金属体积成形预成形优化设计与连续体结构优化设计存在着很大的不同,因而双向渐进结构优化法不能直接应用于预成形优化设计。本文在分析了两者的区别之后,对双向渐进结构优化法进行了改进,提出了基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计的具体实现方案和实现流程。根据预成形设计的特点,对优化目标、单元的增删、网格划分、单元增删依据和单元删除位置等内容提出了改进方案。本文详细研究了基于双向渐进结构优化法的预成形优化设计的关键技术,包括目标函数、单元增删准则、单元数据跟踪、单元数据传递、单元增删操作和边界光顺拟合等。以金属坯料完全填充模腔和锻件变形均匀为优化目标,建立了总目标函数和子目标函数的具体数学模型。提出了一个与目标函数相关联的新的单元增删准则,该单元增删准则可以根据当前优化迭代步的目标函数值来自动调整单元增删判据数值的计算结果,具有一定的自适性。提出了单元数据跟踪和单元数据传递的方法,可在有限元网格和背景网格间进行数据跟踪与传递。给出了单元增删操作的具体步骤,并提出了一种边界光顺拟合的新方法。采用C++语言编写了预成形优化设计的相关程序,包括背景网格生成、初始预成形坯料的网格离散化、DEFORM有限元模拟数据的读取、目标函数值的计算、单元数据跟踪、单元增删判据数值的计算、单元数据传递、单元增删操作、边界光顺拟合、B-Spline样条曲线拟合等。为了验证本文提出方法的可靠性,以H型锻件和轴对称盘形锻件为例,对这两种典型深腔类锻件进行了预成形优化设计。以金属坯料完全填充模腔和锻件变形均匀为预成形优化目标,分别对两种锻件建立起了优化分析模型,利用DEFROM-2D有限元模拟软件对锻造成形过程进行模拟分析,经过预成形优化迭代,最终获得了完全填充模腔且变形均匀性良好的少无飞边终锻件。

关键词：双向渐进结构优化法预成形设计形状优化有限元法锻造

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基于光滑有限元法和双向渐进结构优化法的声子晶体拓扑优化设计

基于光滑有限元法和双向渐进结构优化法的声子晶体拓扑优化设计

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作者：赵跃河北工业大学

学位级别：硕士

声子晶体是由不同力学性能的材料组成的周期性复合结构,由于具备重要的带隙特性,即某些特定范围频率的弹性波无法在其中传播,使声子晶体在减振降噪领域具有广阔的应用前景。通过设计声子晶体周期性的原胞构型,可以获得理想的带隙特性。... 详细信息

声子晶体是由不同力学性能的材料组成的周期性复合结构,由于具备重要的带隙特性,即某些特定范围频率的弹性波无法在其中传播,使声子晶体在减振降噪领域具有广阔的应用前景。通过设计声子晶体周期性的原胞构型,可以获得理想的带隙特性。因此,对声子晶体进行拓扑优化设计是发挥其潜在工程实用价值的关键。在现有针对声子晶体的拓扑优化设计中,为了获得相对准确的正问题计算结果和灵敏度梯度解,正问题一般都基于有限元四边形单元或六面体单元进行计算。然而,传统有限元法在对声子晶体正问题进行计算时,存在能带结果偏大,计算效率不高的缺陷,从而降低了拓扑优化的计算效率。因此,为了更好地实现声子晶体拓扑优化,本文从梯度光滑技术和Bloch定理出发,提出了声子晶体能带结构仿真的计算方法,并结合二维和三维声子晶体的拓扑优化设计展开研究,主要工作和研究成果如下:(1)针对基于四边形单元,采用有限元法对声子晶体能带结构仿真时结果偏大、计算效率低以及抗网格畸变性弱的缺陷。将梯度光滑技术与Bloch定理结合,构造了能带结构仿真的Cell-based光滑有限元法数值模型。基于四边形单元构造光滑子域,依托光滑应变技术构造光滑应变场,在Galerkin光滑弱形式下构造离散方程,通过一系列声子晶体算例分析,验证了Cell-based光滑有限元法的有效性及适用性。(2)将Cell-based光滑有限元法进一步应用于二维声子晶体的带隙最大化拓扑优化设计中,在利用Cell-based光滑有限元法求解正问题的基础上,基于该算法构造声子晶体带隙优化的灵敏度计算方法,并对灵敏度梯度解进行平顺化处理,依托渐进优化准则更新设计变量,基于双向渐进结构优化法实现二维声子晶体的拓扑优化。针对优化算例,实现了XY模式、Z模式以及全模式下的结构设计,并对比传统优化算法,验证了本文提出的优化模型的适用性与高效性。(3)将二维声子晶体拓扑优化的理论进一步扩展至三维,在六面体网格离散模型下,构建三维声子晶体能带结构仿真的Cell-based光滑有限元法数值模型,并推导了带隙最大化问题的灵敏度计算方法,通过渐进优化准则,借助于双向渐进结构优化法实现了三维声子晶体的带隙最大化拓扑优化设计,通过算例分析,验证了三维声子晶体正问题计算和拓扑优化模型的有效性和高效性。

关键词：声子晶体拓扑优化带隙特性梯度光滑技术光滑有限元法双向渐进结构优化法

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