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基于SIMP及应变能理论的高速动车齿轮箱结构优化 被引量:15
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作者 魏静 李震 +1 位作者 孙伟 郭爱贵 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2011年第4期558-564,共7页
为获得高速动车齿轮箱最优结构设计方案,针对目前国产高速动车牵引齿轮箱箱体特点及存在的问题,基于SIMP(solid isotropic material with penalization)材料插值模型及应变能理论,利用软件HyperMesh中的拓扑优化与形状优化模块对动车齿... 为获得高速动车齿轮箱最优结构设计方案,针对目前国产高速动车牵引齿轮箱箱体特点及存在的问题,基于SIMP(solid isotropic material with penalization)材料插值模型及应变能理论,利用软件HyperMesh中的拓扑优化与形状优化模块对动车齿轮箱箱体结构进行拓扑优化和局部形状优化。优化结果表明:优化后的动车齿轮箱结构的最大变形和最大应力有大幅度降低,能有效提高齿轮箱箱体的刚度和强度。文中结果可为设计性能优异的国产化高速动车齿轮箱提供数据支持。 展开更多
关键词 simp(solid isotropic material with penalization)模型 高速动车齿轮箱 拓扑优化 形状优化
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用SIMP-SRV方法进行柔性机构拓扑优化设计 被引量:9
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作者 周向阳 陈立平 黄正东 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期631-635,共5页
为得到清晰的0-1拓扑分布结构,在SIMP(solid isotropic microstructures withpenalization)和SRV(the sum of the reciprocal variables)方法的基础上提出了一种新的混合方法——SIMP-SRV方法,该方法将SIMP得到的优化结果用来初始化SRV... 为得到清晰的0-1拓扑分布结构,在SIMP(solid isotropic microstructures withpenalization)和SRV(the sum of the reciprocal variables)方法的基础上提出了一种新的混合方法——SIMP-SRV方法,该方法将SIMP得到的优化结果用来初始化SRV方法的设计变量,再用SRV方法得到最终的优化目标。将SIMP-SRV方法应用于柔性机构的0-1拓扑优化设计中,得到了轮廓清晰的拓扑分布结构,完全消除了中间密度单元,从而证明了该方法的有效性。 展开更多
关键词 柔性机构 拓扑优化 simp SRV约束 0—1设计
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基于SIMP和GA变形柔性机翼后缘的拓扑优化 被引量:5
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作者 朱鹏刚 葛文杰 +1 位作者 张永红 赵飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2009年第11期1468-1472,共5页
柔性机构的拓扑优化主要分为连续体优化和离散体优化,连续体优化的全局性优化形状比较好,但是优化出来的形状有不规则,表面不光滑等缺点。而离散体结构拓扑优化可以解决加工的缺点,但初始形状对结构的拓扑形状影响很大,笔者将两者的优... 柔性机构的拓扑优化主要分为连续体优化和离散体优化,连续体优化的全局性优化形状比较好,但是优化出来的形状有不规则,表面不光滑等缺点。而离散体结构拓扑优化可以解决加工的缺点,但初始形状对结构的拓扑形状影响很大,笔者将两者的优化方法结合起来,以机翼后缘为例,通过SIMP法优化出的拓扑形状,采用遗传算法(GA)进行机翼的二次优化,得到了质量更轻,更易加工且变形效果好的优化解。 展开更多
关键词 simp 拓扑优化 遗传算法 全柔性机构
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基于SIMP方法微电容加速度计结构固有频率拓扑优化 被引量:6
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作者 邹春江 左孔天 +2 位作者 向宇 谢勇君 宋洁 《科学技术与工程》 2011年第29期7086-7091,共6页
基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以叉指式微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大化为目标函数,以体积比作为约束条件,建立了弹性梁和质量块的拓扑优化模型。采用优化准则算法进行迭代求解计算。获得了满足不同体... 基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以叉指式微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大化为目标函数,以体积比作为约束条件,建立了弹性梁和质量块的拓扑优化模型。采用优化准则算法进行迭代求解计算。获得了满足不同体积约束并使一阶固有频率最大的微电容加速度计弹性梁和质量块的多种拓扑优化结构,其中28%体积比约束下的拓扑优化结构与其初始结构相比,一阶固有频率提高了3 330 Hz,提高比例达46.4%。计算结果表明通过构建的拓扑优化模型及优化求解方法可以较好地解决微加速度计频响范围过窄的问题。 展开更多
关键词 微电容加速度计 拓扑优化 固有频率 simp密度法
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基于SIMP模型的微电容加速度计结构拓扑优化 被引量:2
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作者 邹春江 谢勇君 +2 位作者 向宇 左孔天 唐景龙 《机械设计与制造》 北大核心 2012年第9期210-212,共3页
基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以微电容加速度计结构弹性梁和质量块检测方向的柔度最大化,非检测方向的柔度最小化为综合相对柔度目标,以检测方向的谐振频率尽可能小于非检测方向谐振频率为抗横向干扰能力目标,一定体积比... 基于连续体结构拓扑优化的SIMP材料插值模型,以微电容加速度计结构弹性梁和质量块检测方向的柔度最大化,非检测方向的柔度最小化为综合相对柔度目标,以检测方向的谐振频率尽可能小于非检测方向谐振频率为抗横向干扰能力目标,一定体积比作为约束条件,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块结构拓扑优化设计模型,采用优化准则算法进行迭代求解计算,通过二维数值算例验证了优化模型的有效性,为研究微电容加速度计结构优化设计提供了一种新的思路和方法。 展开更多
关键词 微电容加速度计 拓扑优化 抗横向干扰 横向相对柔度 simp密度法
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基于SIMP-MMC结构尺寸精确控制拓扑优化方法 被引量:6
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作者 张军峰 廖靖宇 刘恩海 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期102-110,共9页
随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略。具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法。该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构... 随着结构拓扑优化方法的发展,为提高其优化结果的工程可制造性,部分学者提出了整合现有拓扑优化方法的策略。具体地,探讨了基于变密度法与可移动变形组件法相融合的拓扑优化方法。该方法首先利用变密度法中的幂函数特性,以快速获得结构主传力路径;其次针对变密度法中的灰度单元,提出采用Otsu阈值处理算法以最大化反映二值拓扑结构信息;在此基础上,利用形态学思想构建了以结构骨架拐点为分界的组件,并过渡到可移动变形组件法完成优化,最终获得精确结构尺寸。分别通过对二维与三维数值算例的最小柔度拓扑优化问题计算,得到结构边界光滑且精确尺寸的优化结果,验证了该方法的有效性。 展开更多
关键词 Otsu阈值处理方法 形态学思想 变密度法 可移动变形组件法 最小柔度
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基于深度学习的多参数结构拓扑优化方法
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作者 楚遵康 余海燕 +1 位作者 高泽 饶卫雄 《同济大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期20-28,共9页
基于有限元的拓扑优化方法,需要多次有限元求解与迭代,由此消耗了大量的计算资源与时间。为提高拓扑优化效率,本文以悬臂梁结构拓扑优化设计为例,引入过滤半径、体积分数、载荷作用点及加载方向4个优化参数,提出了一种基于残差连接的生... 基于有限元的拓扑优化方法,需要多次有限元求解与迭代,由此消耗了大量的计算资源与时间。为提高拓扑优化效率,本文以悬臂梁结构拓扑优化设计为例,引入过滤半径、体积分数、载荷作用点及加载方向4个优化参数,提出了一种基于残差连接的生成式卷积神经网络(CNN)模型,分析了样本数量及损失函数类型对生成式CNN模型精度的影响规律。结果表明:所建立的生成式CNN模型具有较高的精度与泛化能力,模型预测值与有限元仿真结果平均结构相似度可达0.9720,平均绝对误差为0.0143。该模型预测耗时仅为有限元法的0.0041倍,显著提升了结构拓扑优化效率。 展开更多
关键词 拓扑优化 卷积神经网络 固体各向同性材料惩罚模型 结构相似度
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基于拓扑优化的拼焊板后背门轻量化设计 被引量:8
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作者 涂晴 王丽娟 +2 位作者 陈宗渝 陈东民 赵鹏飞 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期272-276,共5页
将拼焊板技术应用于汽车轻量化设计,提出了基于拓扑优化的拼焊板轻量化设计方法。通过SIMP(solid isotropic material with penalization)法拓扑优化确定分块数目以及焊缝线位置。再以板件厚度作为设计变量,利用序列二次规划法进行多目... 将拼焊板技术应用于汽车轻量化设计,提出了基于拓扑优化的拼焊板轻量化设计方法。通过SIMP(solid isotropic material with penalization)法拓扑优化确定分块数目以及焊缝线位置。再以板件厚度作为设计变量,利用序列二次规划法进行多目标优化。运用该方法对某SUV车型后背门进行了轻量化设计,在保证拼焊板后背门各种刚度和模态性能指标的前提下,达到了轻量化的效果。具有工程实际意义。 展开更多
关键词 轻量化 拼焊板 simp法拓扑优化 焊缝线 尺寸优化
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功能梯度材料结构拓扑优化设计研究 被引量:9
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作者 邱克鹏 张卫红 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期851-857,共7页
在航天飞行器材料与结构的设计中,提高性能和减轻重量始终是两大主要任务。功能梯度材料(FGM)的概念是针对高速航天器中材料的应力缓和问题提出的;拓扑优化则是现代优化设计中减重设计的重要手段。文章根据拓扑优化的概念和功能梯度材... 在航天飞行器材料与结构的设计中,提高性能和减轻重量始终是两大主要任务。功能梯度材料(FGM)的概念是针对高速航天器中材料的应力缓和问题提出的;拓扑优化则是现代优化设计中减重设计的重要手段。文章根据拓扑优化的概念和功能梯度材料的概念之间存在的紧密联系,本质上都考虑了材料属性的连续性改变,基于SIMP模型,并采用凸规划求解策略以及周长控制方法,实现了功能梯度MBB梁和功能梯度夹层结构中夹芯的拓扑构型设计,设计结果揭示了功能梯度材料中性能指数和材料模型对优化构型中材料分布的影响规律。 展开更多
关键词 功能梯度材料 夹层结构 拓扑优化 simp模型 MBB梁
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基于拓扑优化的电动汽车车身结构概念设计 被引量:8
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作者 王文伟 姜卫远 +1 位作者 高丰岭 程雨婷 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 2016年第2期182-187,共6页
为了探索适用于电动汽车特点且满足性能要求的车身结构,该文在白车身概念设计阶段,建立新的底盘三维拓扑优化设计空间。基于变密度拓扑优化方法中的各向同性固体材料惩罚函数法(SIMP),考虑到电动汽车车身结构与传统燃油车相比存在的诸... 为了探索适用于电动汽车特点且满足性能要求的车身结构,该文在白车身概念设计阶段,建立新的底盘三维拓扑优化设计空间。基于变密度拓扑优化方法中的各向同性固体材料惩罚函数法(SIMP),考虑到电动汽车车身结构与传统燃油车相比存在的诸多差异,针对弯曲、扭转、正面碰撞和追尾4个工况,分别制定了优化目标,开展单目标拓扑优化设计,得到电动汽车底盘结构中最优的载荷传递路径以及各支架之间的空间连接方式。结果表明:该优化设计满足电动汽车设计要求,可为车身结构下一步详细设计和其它车型的车身开发提供参考依据。 展开更多
关键词 电动汽车 车身结构 概念设计 拓扑优化 各向同性固体材料惩罚函数法(simp)
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连续体结构的变密度拓扑优化方法研究 被引量:11
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作者 王景良 朱天成 +1 位作者 朱龙彪 许飞云 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期279-285,共7页
为了实现使连续体结构的体积约束和柔顺度最小的拓扑优化及解决采用经典变密度法引起的结构优化结果存在如灰度单元、棋盘格等数值不稳定问题,提出了一种新的拓扑优化方法。首先,采用改进的固体各向同性材料惩罚法作为材料插值方案,建... 为了实现使连续体结构的体积约束和柔顺度最小的拓扑优化及解决采用经典变密度法引起的结构优化结果存在如灰度单元、棋盘格等数值不稳定问题,提出了一种新的拓扑优化方法。首先,采用改进的固体各向同性材料惩罚法作为材料插值方案,建立结构拓扑优化模型;其次,通过引入基于高斯权重函数的敏度过滤法和设计新灰度单元抑制算子来解决数值不稳定问题;最后,借助优化准则法求解优化模型。通过算例分析可知:新策略可以改进拓扑优化方法;新的拓扑优化方法具有收敛速度较快、能更好地获取柔顺度小且拓扑构型好的优化结构和抑制灰度单元产生等优势。研究结果为其他连续体结构的拓扑优化研究提供了新思路。 展开更多
关键词 连续体结构 拓扑优化方法 固体各向同性材料惩罚法 敏度过滤法 灰度单元抑制算子
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三维线弹性连续体的结构拓扑优化设计
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作者 庄春刚 熊振华 丁汉 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第14期1703-1708,共6页
研究了基于水平集模型和SIMP方法的三维线弹性结构的拓扑优化方法,优化模型的目标是结构的柔度最小。引入水平集模型隐含描述具有复杂拓扑关系的三维线弹性结构的几何边界,以材料域的形状为变量进行灵敏度分析,构造水平集方程的速度函数... 研究了基于水平集模型和SIMP方法的三维线弹性结构的拓扑优化方法,优化模型的目标是结构的柔度最小。引入水平集模型隐含描述具有复杂拓扑关系的三维线弹性结构的几何边界,以材料域的形状为变量进行灵敏度分析,构造水平集方程的速度函数,通过几何边界的演化获得结构的最优形状和拓扑。同时研究了基于SIMP方法的三维连续体结构的拓扑优化设计。对基于水平集模型和SIMP的拓扑优化方法的数值算例进行比较,结果表明,基于水平集的三维结构拓扑优化具有光滑的几何边界,数值算法稳定。 展开更多
关键词 水平集方法 隐式曲面 三维线弹性体 形状导数 拓扑优化 simp方法
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基于SIMP和GRSM算法的重型货车车架多目标结构优化
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作者 张逍 刘勇 +2 位作者 蒋雪生 廖益龙 何锋 《汽车安全与节能学报》 2025年第4期620-628,共9页
为了解决重型货车车架的变形开裂问题,对车架进行高强度轻量化的多目标结构优化研究。以某11 m重型货车车架为研究对象,通过Hypermesh前处理软件建立有限元模型。利用固体各向同性惩罚微结构材料法(SIMP)对原车架进行多工况多目标拓扑优... 为了解决重型货车车架的变形开裂问题,对车架进行高强度轻量化的多目标结构优化研究。以某11 m重型货车车架为研究对象,通过Hypermesh前处理软件建立有限元模型。利用固体各向同性惩罚微结构材料法(SIMP)对原车架进行多工况多目标拓扑优化,找到车架的最佳受力结构。利用全局响应面法(GRSM)对车架进行多目标尺寸优化,以降低车架质量。在满载弯曲、满载扭转、满载转弯和满载制动工况下,对车架进行静力学分析与模态分析。结果表明:优化后的重型货车车架综合平均刚度至少提高了21.1%,低阶平均动态频率至少提高8.9%,车架质量减少3.2%;从而,实现了重型货车车架高强度轻量化。 展开更多
关键词 重型货车 车架结构 固体各向同性惩罚微结构材料法(simp) 全局响应面法(GRSM) 多目标尺寸优化
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基于变密度法的多材料与结构一体拓扑优化研究 被引量:7
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作者 董莉 吴晓明 《机电工程》 CAS 北大核心 2020年第9期1109-1114,共6页
针对多材料连续体结构拓扑优化问题,基于3D打印技术的发展,将材料可由多种不同材料按任意比例混合组成的技术应用于多材料拓扑优化问题中。在变密度法结构拓扑优化方法基础上,提出了一种双材料混合结构拓扑优化模型及其计算方法;在该模... 针对多材料连续体结构拓扑优化问题,基于3D打印技术的发展,将材料可由多种不同材料按任意比例混合组成的技术应用于多材料拓扑优化问题中。在变密度法结构拓扑优化方法基础上,提出了一种双材料混合结构拓扑优化模型及其计算方法;在该模型中以单元密度作为设计变量,同时增加单元中两种材料混合比例为设计变量;最后通过两个算例对所提出方法的有效性进行了验证。研究结果表明:采用该方法进行结构拓扑优化的同时,可以得到两种材料的混合比例,实现基于各向同性固体材料插值模型(SIMP)的多材料与结构一体拓扑优化。 展开更多
关键词 一体优化 拓扑优化 多材料 各向同性固体材料插值模型 变密度法
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连续体结构及其支撑位置协同优化设计方法 被引量:3
15
作者 胡天男 丁晓红 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期629-635,共7页
在工程问题中,结构支撑位置和结构材料分布具有相关性,同时优化结构拓扑形态及其支撑位置,可在一定的材料和支撑件个数的条件下,最大限度提高结构力学性能。通过引入独立的支撑单元,以连续变量描述支撑位置,提出一种连续体结构及其支撑... 在工程问题中,结构支撑位置和结构材料分布具有相关性,同时优化结构拓扑形态及其支撑位置,可在一定的材料和支撑件个数的条件下,最大限度提高结构力学性能。通过引入独立的支撑单元,以连续变量描述支撑位置,提出一种连续体结构及其支撑位置协同优化设计方法。建立考虑结构刚度和结构平均特征值的多目标优化设计数学模型,并采用决定因子确定多目标优化的最优解,以受横向载荷作用的简支受弯薄板和简支弯扭薄板为例进行优化设计及分析,结果表明,协同优化设计结果的结构拓扑形态清晰,支撑位置明确,能同时有效优化结构的支撑位置和结构拓扑形态。相对于给定边界条件的标准拓扑优化设计,两算例中的静动态性能分别提升30%和88%以上,在满足约束条件的同时,能以更少的支撑个数,显著提升结构的静动态性能。 展开更多
关键词 连续体结构 支撑位置 协同优化 simp
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