检索结果-内蒙古大学图书馆

医用生物力学 2025年第2期40卷 435-440页

作者：李姮于胜波张伟大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 大连医科大学解剖学教研室辽宁大连116044

目的研究不同应变率下膝关节不同区域软骨的压缩松弛行为,构建各区域软骨的黏弹性力学本构,为软骨相关疾病预防、软骨修复材料研发提供参考。方法对比格犬膝关节软骨进行区域划分,通过万能试验机测试各区域软骨在不同加载应变率下的单... 详细信息

目的研究不同应变率下膝关节不同区域软骨的压缩松弛行为,构建各区域软骨的黏弹性力学本构,为软骨相关疾病预防、软骨修复材料研发提供参考。方法对比格犬膝关节软骨进行区域划分,通过万能试验机测试各区域软骨在不同加载应变率下的单轴非围限压缩松弛性能,并构建本构模型。结果软骨表现出明显的应力衰减,归一化应力降幅随着应变率的增加而显著增加,胫骨外侧中心平台软骨在应变率5×10^(-4)s^(-1)时归一化应力降幅为19%,应变率5×10^(-2)s^(-1)时归一化应力降幅增加至69%,各应变率下松弛平衡应力几乎持平。建立各区域软骨的Ogden-Prony黏弹性模型,拟合度R2>0.98。结论膝关节软骨在松弛试验中表现出显著的黏弹性响应,其压缩松弛性能具有率相关性和区域相关性,Ogden-Prony黏弹性模型能够反映软骨应变率依赖的应力松弛行为。

关键词：关节软骨应力松弛应变率区域相关性本构模型

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快速优化薄板中各向异性材料分布的等效变形模量算法

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航空学报 2024年第10期45卷 205-224页

作者：许敉毛泽钡王博李桐大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

各向异性材料广泛存在于各种机械设备的承重构件中。与各向同性材料不同,各向异性材料中不同材料相的分布和方向,可以根据载荷条件调整承重构件的力学性能。本文提出了一种各向异性材料分布的优化方法,即等效变形模量(EDM)算法,以有效... 详细信息

各向异性材料广泛存在于各种机械设备的承重构件中。与各向同性材料不同,各向异性材料中不同材料相的分布和方向,可以根据载荷条件调整承重构件的力学性能。本文提出了一种各向异性材料分布的优化方法,即等效变形模量(EDM)算法,以有效地优化各向异性薄板的承载能力。该算法实现了对薄板抗弯能力的多模态协同优化,解决了传统优化算法中特征值重叠的问题,在航空领域中将起到重要作用。以短纤维增强聚合物薄板的纤维取向优化为例,在不改变薄板质量和形状的前提下,与传统优化算法相比,EDM算法可以将临界屈曲载荷提高28.9%,将计算成本降低98.1%。此外,EDM算法还被应用于机身中形状不规则的承重构件设计中,并使其临界屈曲载荷提高27.2%~30.8%。

关键词：特征值等效变形模量多模态协同优化材料分布屈曲分析

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数据驱动的曲面构件形状-拓扑协同优化方法

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航空学报 2024年第2期45卷 275-286页

作者：高天贺田阔黄蕾张澍李增聪大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室工程力学系大连116024

针对紧凑设计空间下曲面构件极致轻量化需求,提出一种数据驱动的曲面构件形状-拓扑协同优化方法,主要包括离线、在线和更新3个阶段。离线阶段中,首先通过拉丁超立方采样方法在设计空间内采样,并利用网格变形技术进行参数化建模,获得样... 详细信息

针对紧凑设计空间下曲面构件极致轻量化需求,提出一种数据驱动的曲面构件形状-拓扑协同优化方法,主要包括离线、在线和更新3个阶段。离线阶段中,首先通过拉丁超立方采样方法在设计空间内采样,并利用网格变形技术进行参数化建模,获得样本点对应的网格模型。然后对上述网格模型分别进行拓扑优化,获得优化后的应变能。基于上述步骤获得的样本数据,训练径向基函数代理模型,其中形状设计变量为输入,拓扑优化获得的应变能为输出。在线阶段中,将基于离线阶段获得的代理模型开展优化设计,采用协方差矩阵自适应进化策略来提高优化效率。更新阶段中,计算代理模型优化结果的真实响应,并将其加入样本数据集进行代理模型更新。最后,通过简支梁和航天器舱门算例开展算法验证。结果表明相比针对固定形状获得的拓扑优化结果,提出方法优化获得的应变能结果分别降低了20.08%和37.93%,表明提出方法具有更优的设计能力。

关键词：形状-拓扑协同优化网格变形数据驱动曲面构件径向基函数

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航空航天结构轻量化设计与实验方法研究进展

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宇航学报 2023年第4期44卷 596-606页

作者：王博郝鹏田阔马祥涛冯少军大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法,聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结;针对薄壁结构,分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向;针对连接结构,总结了传... 详细信息

综述了近年来航空航天结构轻量化设计方法,聚焦薄壁结构与连接结构两类主要承载结构轻量化设计进行总结;针对薄壁结构,分析了面向后屈曲行为的轻量化设计、虑及缺陷的鲁棒性设计以及创新轻质薄壁领域的发展动向;针对连接结构,总结了传力路径与区域应力调控两大类设计方法。此外,就轻量化结构的高精度实验方法与数字孪生模型等共性关键问题进行梳理,并展望了未来航空航天结构轻量化设计方法发展前景,为未来研究工作和装备研发提供参考。

关键词：航空航天结构轻量化设计薄壁结构连接结构优化方法

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曲面加筋结构拓扑优化结果参数化重构方法

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航空学报 2024年第24期45卷 94-105页

作者：金栢成田阔黄蕾大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室工程力学系大连116024

曲面加筋结构拓扑优化密度场结果,存在不连续、过小结构特征等问题,难以直接应用于后续精细设计及加工制造,而基于人工经验进行的特征提取及模型重构,存在操作繁琐、重构周期长等问题。针对上述问题,提出了一种面向曲面加筋结构拓扑优... 详细信息

曲面加筋结构拓扑优化密度场结果,存在不连续、过小结构特征等问题,难以直接应用于后续精细设计及加工制造,而基于人工经验进行的特征提取及模型重构,存在操作繁琐、重构周期长等问题。针对上述问题,提出了一种面向曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构方法。首先,针对曲面加筋拓扑优化结果,建立一种三维曲面空间与二维平面空间的映射关系,并基于正向网格映射实现曲面优化结果向平面优化结果的转换;然后,针对平面优化结果,基于图像形态学方法实现轮廓特征参数化提取,并采用样条曲线插值方式实现几何模型重构,获得平面优化结果参数化模型;最后,基于逆向映射网格映射方法,获得曲面优化结果参数化模型,实现曲面加筋结构拓扑优化结果的参数化重构。基于所提出的方法,以承力筒、舱门及密封舱这3种典型曲面加筋结构为对象开展算例研究,并将重构结果与优化结果进行对比。结果表明,参数化重构模型的结构响应与拓扑优化结果误差在5%以内,表明提出的方法具有优异的重构精度。

关键词：曲面加筋结构网格映射图像形态学特征提取参数化重构

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基于双向密度函数的空天轴对称结构拓扑优化

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航空学报 2024年第S1期45卷 161-173页

作者：时永鑫田阔王博大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 大连理工大学工程力学系大连116024

通过拓扑优化得到的结构优化构型往往因存在内部封闭孔洞而导致难以满足工艺约束。为实现对拓扑优化结果的特定形状控制,面向空天装备中的轴对称结构,基于变密度法提出了一种双向密度分布函数。首先,通过将设计变量由每个单元的伪密度... 详细信息

通过拓扑优化得到的结构优化构型往往因存在内部封闭孔洞而导致难以满足工艺约束。为实现对拓扑优化结果的特定形状控制,面向空天装备中的轴对称结构,基于变密度法提出了一种双向密度分布函数。首先,通过将设计变量由每个单元的伪密度转化为双向密度分布函数的控制参数,拓扑优化过程中结构材料将沿特定方向变化,最终的伪密度场分布也将随着双向密度分布函数具体表达形式的不同而改变。然后,使用一种线性加权过滤方法对设计变量进行过滤以获得更加光滑的材料边界。进而,针对结构质量和最大von Mises应力响应,分别开展了二者对设计变量的敏度分析,并搭建了在质量约束下,结构最大von Mises应力最小化的拓扑优化框架。同时,为避免拓扑优化过早陷入局部最优解,在迭代过程中针对灰度单元控制参数和应力P-范数系数采用延拓更新的方式。最后,使用典型空天轴对称结构航空发动机轮盘开展算例验证,在满足质量约束的前提下,材料分布在优化过程中朝着应力最小化的方向逐步演化,得到的拓扑优化构型材料/孔洞界面清晰、应力分布均匀、材料利用率高,证明了所提方法的有效性。

关键词：拓扑优化双向密度分布函数空天轴对称结构敏度分析制造约束

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基于多重保真度的复杂空间缩减与优化方法

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航空学报 2024年第S1期45卷 148-160页

作者：张澍田阔郭聪大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024 大连理工大学工程力学系大连116024

航天结构优化中常面临设计空间复杂、非线性程度高等问题,基于高保真度模型优化耗时长,难以在紧迫的研发周期内完成优化设计。对此提出了一种基于多重保真度的复杂空间缩减与优化方法。首先,针对优化问题建立高、中、低保真度的分析模型... 详细信息

航天结构优化中常面临设计空间复杂、非线性程度高等问题,基于高保真度模型优化耗时长,难以在紧迫的研发周期内完成优化设计。对此提出了一种基于多重保真度的复杂空间缩减与优化方法。首先,针对优化问题建立高、中、低保真度的分析模型;进而,在初始设计空间中采样并基于低、中保真度数据构建代理模型,基于模糊C均值方法聚类,得到初始缩减空间;然后,在初始缩减空间内采样高保真度样本点,基于中、高保真度数据构建代理模型;最终,开展优化并根据响应值最优样本点的位置移动缩减空间,优化迭代得到最优解。为验证所提方法的有效性,针对测试函数算例和多级加筋壳工程算例开展研究。结果表明,对于测试函数,所提方法优化得到的最优解和全局最优解的相对误差分别降低了68.4%和44.4%;对于工程算例,所提方法优化得到的极限承载力相对传统单、变保真度优化方法分别提高了9.0%和14.7%。同时,相比前期工作提出的变保真度静态缩减空间方法,在达到相同极限承载力水平时计算耗时降低了41.5%。综上所述,所提优化方法可充分利用多重保真度数据,对复杂耗时的航天结构工程优化问题具有优化效率高、全局寻优能力强等优势。

关键词：结构优化空间缩减多重保真度多级加筋壳模糊聚类

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高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法研究进展

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力学学报 2024年第2期56卷 310-326页

作者：郝鹏杨浩冯少军王博工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学工程力学系辽宁大连116024

不确定性客观存在于工程结构生产制造以及服役等各环节之中并对结构的承载性能影响显著.特别是对于服役条件苛刻的航空航天承载装备,在设计阶段考虑多源不确定性的影响对于结构安全至关重要.在众多不确定性分析方法中,逆可靠度分析方法... 详细信息

不确定性客观存在于工程结构生产制造以及服役等各环节之中并对结构的承载性能影响显著.特别是对于服役条件苛刻的航空航天承载装备,在设计阶段考虑多源不确定性的影响对于结构安全至关重要.在众多不确定性分析方法中,逆可靠度分析方法在效率和稳健性方面具有一定优势.为此,国内外学者在高置信水平结构逆可靠度分析与优化方法方面开展了大量研究并取得了长足进步,包括自适应迭代控制算法、先进可靠度优化策略与非充分样本下的高置信水平设计方法等.本文首先对国内外逆可靠度分析与优化方法取得的进展进行了系统梳理与总结,特别是逆可靠度分析方法的发展历程以及面临的挑战问题,主要包括强非线性功能函数、多设计点以及低失效概率问题.进一步,针对长期困扰可靠度方法实际应用的小样本问题,重点从结构高置信水平可靠度分析与优化理论角度开展系统介绍,详细论述了小样本诱发的认知不确定性到可靠度置信水平的传播链条.最后,基于现有成果和国家重大前沿需求,重点围绕航天装备可重复使用需求对结构可靠度未来研究方向进行了思考与展望,期望相关研究成果能够进一步助力我国航空航天结构实现高可靠性与极致轻量化设计.

关键词：航空航天结构逆可靠度分析可靠度优化设计置信水平优化设计小样本

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基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模

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计算力学学报 2024年第1期41卷 73-80页

作者：郑勇刚吴哲同张涵博刘振海叶宏飞张洪武大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和... 详细信息

提出了一种基于弹性力学第一性原理的数据驱动力学建模方法,其能够从基于弹性力学方程的数值计算结果建立简洁且能准确捕捉变形机制的力学模型。基于有限元计算得到的高精度数据和无监督数据驱动控制方程识别方法Seq-SVF,从梁的载荷和位移数据中自动识别出了Timoshenko梁形式的弯曲控制微分方程,得到了三种不同加载条件下剪切影响系数关于结构尺寸和力学参数的函数表达式。揭示了经典模型适用的加载条件,同时还给出了一种未发现的新模型。通过将基于弹性力学的第一性原理计算与数据驱动范式相结合,克服了传统建模方法的局限性和对人类经验的强依赖性,为建立简洁的力学模型提供了一种新途径。

关键词：结构力学模型数据驱动方程识别 Timoshenko梁第一性原理

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含裂纹纳米板振动问题的哈密顿体系方法

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计算力学学报 2024年第1期41卷 66-72页

作者：屈建龙周震寰徐新生大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

基于裂纹处范德华力效应,采用非局部弹性理论构造纳米板模型,并通过导入哈密顿体系建立含裂纹纳米板振动问题的对偶正则控制方程组。在全状态向量表示的哈密顿体系下,将含裂纹纳米板的固有频率和振型问题归结为广义辛本征值和本征解问... 详细信息

基于裂纹处范德华力效应,采用非局部弹性理论构造纳米板模型,并通过导入哈密顿体系建立含裂纹纳米板振动问题的对偶正则控制方程组。在全状态向量表示的哈密顿体系下,将含裂纹纳米板的固有频率和振型问题归结为广义辛本征值和本征解问题。利用哈密顿体系具有的辛共轭正交关系,得到问题解的级数解析表达式。结合边界条件,得到固有频率与辛本征值的代数方程关系式,进而直接给出固有频率的表达式。数值结果表明,非局部尺寸参数和裂纹长度对纳米板振动的各阶固有频率有直接的影响。对比表明,辛方法是准确且可靠的,可为工程应用提供依据。

关键词：哈密顿体系含裂纹纳米板非局部理论振动固有频率

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