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Topological optimization of ballistic protective structures through genetic algorithms in a vulnerability-driven environment
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作者 Salvatore Annunziata Luca Lomazzi +1 位作者 Marco Giglio Andrea Manes 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第10期125-137,共13页
Reducing the vulnerability of a platform,i.e.,the risk of being affected by hostile objects,is of paramount importance in the design process of vehicles,especially aircraft.A simple and effective way to decrease vulne... Reducing the vulnerability of a platform,i.e.,the risk of being affected by hostile objects,is of paramount importance in the design process of vehicles,especially aircraft.A simple and effective way to decrease vulnerability is to introduce protective structures to intercept and possibly stop threats.However,this type of solution can lead to a significant increase in weight,affecting the performance of the aircraft.For this reason,it is crucial to study possible solutions that allow reducing the vulnerability of the aircraft while containing the increase in structural weight.One possible strategy is to optimize the topology of protective solutions to find the optimal balance between vulnerability and the weight of the added structures.Among the many optimization techniques available in the literature for this purpose,multiobjective genetic algorithms stand out as promising tools.In this context,this work proposes the use of a in-house software for vulnerability calculation to guide the process of topology optimization through multi-objective genetic algorithms,aiming to simultaneously minimize the weight of protective structures and vulnerability.In addition to the use of the in-house software,which itself represents a novelty in the field of topology optimization of structures,the method incorporates a custom mutation function within the genetic algorithm,specifically developed using a graph-based approach to ensure the continuity of the generated structures.The tool developed for this work is capable of generating protections with optimized layouts considering two different types of impacting objects,namely bullets and fragments from detonating objects.The software outputs a set of non-dominated solutions describing different topologies that the user can choose from. 展开更多
关键词 topological optimization Protective structure Genetic algorithm SURVIVABILITY VULNERABILITY
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Topology Optimization in Damping Structure Based on ESO
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作者 郭中泽 陈裕泽 侯强 《Defence Technology(防务技术)》 SCIE EI CAS 2008年第4期293-298,共6页
The damping material optimal placement for the structure with damping layer is studied based on evolutionary structural optimization (ESO) to maximize modal loss factors. A mathematical model is constructed with the o... The damping material optimal placement for the structure with damping layer is studied based on evolutionary structural optimization (ESO) to maximize modal loss factors. A mathematical model is constructed with the objective function defined as the maximum of modal loss factors of the structure and design constraints function defined as volume fraction of damping material. The optimal placement is found. Several examples are presented for verification. The results demonstrate that the method based on ESO is effective in solving the topology optimization of the structure with unconstrained damping layer and constrained damping layer. This optimization method suits for free and constrained damping structures. 展开更多
关键词 机械设计 减振 隔振 理论
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采用改进遗传算法的无线电能传输系统参数优化设计 被引量:3
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作者 杨阳 章治 +2 位作者 吴雪钰 曹嘉亿 郑晅 《西安交通大学学报》 北大核心 2025年第4期93-104,共12页
针对高阶补偿拓扑的无线电能传输(WPT)系统的谐振参数较多且相互关联,从而导致系统设计时各个元件具体参数难以确定的问题,提出了一种适用于一次侧LCC、二次侧LC串联拓扑(LCC-S)的WPT系统参数优化设计方法。利用MATLAB/Simulink搭建WPT... 针对高阶补偿拓扑的无线电能传输(WPT)系统的谐振参数较多且相互关联,从而导致系统设计时各个元件具体参数难以确定的问题,提出了一种适用于一次侧LCC、二次侧LC串联拓扑(LCC-S)的WPT系统参数优化设计方法。利用MATLAB/Simulink搭建WPT系统仿真平台并进行理论分析,评估了谐振参数、耦合系数和等效负载对该系统输出特性的影响,选择影响程度最复杂的变量作为决策变量,构建系统非线性优化模型;以提高WPT系统的传输效率为目标,在遗传算法基础上加入非线性优化策略,并设计新的突变函数,利用改进后的遗传算法(IGA)给出了系统参数的优化设计方案。仿真结果表明:IGA使系统传输效率达到98.34%,相较遗传算法提高了2.52%,且收敛速度显著提高。搭建WPT系统实验平台并进行测试,结果表明:该系统能够以97.98%的传输效率保持300 W的功率输出;当负载电阻处于6~46Ω时,系统传输效率能够维持在90%以上。研究结果可为LCC-S型WPT系统参数设计提供参考。 展开更多
关键词 无线电能传输 LCC-S型 拓扑结构 改进遗传算法 谐振参数优化
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面向轻量化结构设计的连续体拓扑优化研究进展
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作者 张磊 寇若洋 +4 位作者 岳之斌 董磊 檀雪宁 王国钦 李霞 《西北工业大学学报》 北大核心 2025年第4期702-722,共21页
为清晰梳理机械结构轻量化设计中的连续体拓扑优化方法,对近年来国内外在该领域取得的主要研究成果进行了分析与评述。以轻量化设计为目标,通过文献可视化分析工具对结构迭代优化、边界描述及材料分布3种类型连续体拓扑优化方法及其应... 为清晰梳理机械结构轻量化设计中的连续体拓扑优化方法,对近年来国内外在该领域取得的主要研究成果进行了分析与评述。以轻量化设计为目标,通过文献可视化分析工具对结构迭代优化、边界描述及材料分布3种类型连续体拓扑优化方法及其应用进行聚类分析,得到连续体拓扑优化的研究趋势;重点分析了结构迭代优化方法中近似模型及深度学习模型的优势及应用,以及多尺度、多物理场和多参数下材料-结构一体拓扑优化在连续体拓扑优化设计研究进展;列举了连续体拓扑优化方法在航空装备、交通运载装备及兵器装备等领域进行轻量化结构设计的应用,并指出未来发展方向和趋势,为面向轻量化结构设计的连续体拓扑优化方法研究提供参考。 展开更多
关键词 轻量化设计 连续体 拓扑优化 结构优化
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船舶结构NURBS等几何参数化水平集拓扑优化方法
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作者 汪雪良 陈帅 +5 位作者 刘辉 张世林 李政杰 李飞 赵南 祝雪峰 《船舶力学》 北大核心 2025年第4期610-618,共9页
针对复杂船舶结构“几何建模–结构分析–优化设计”相互割裂,交互繁琐低效,以及传统拓扑优化方法难于实现CAD和CAE无缝融合等问题,本文提出基于非均匀有理B样条(NURBS)的等几何参数化水平集结构拓扑优化方法,并用于二维和三维拓扑优化... 针对复杂船舶结构“几何建模–结构分析–优化设计”相互割裂,交互繁琐低效,以及传统拓扑优化方法难于实现CAD和CAE无缝融合等问题,本文提出基于非均匀有理B样条(NURBS)的等几何参数化水平集结构拓扑优化方法,并用于二维和三维拓扑优化。对于三维复杂结构,将船舶结构数模浸入到三变量NURBS三维实体结构中,然后通过光线追踪算法来快速确定设计域、边界和载荷施加区域的相关单元、控制点等几何信息,进而建立基于NURBS和浸入方法的等几何参数化水平集拓扑优化方法。该方法克服了传统的等几何拓扑优化受限于规则NURBS拓扑的限制,可处理复杂CAD模型。数值算例表明相较于传统的等几何SIMP方法,该算法计算效率可提升30%以上。 展开更多
关键词 等几何分析 拓扑优化 参数化水平集 NURBS 船舶结构
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机械-惯性载荷作用下航发齿轮传动壳体拓扑优化
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作者 黄昊 夏静贵 +2 位作者 吴俊佑 卢泽华 刘怀举 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第5期15-27,共13页
航发齿轮传动机匣在恶劣服役工况和复杂载荷条件下,要求壳体具备轻量化特征,轴承孔错位量作为机匣的关键评价指标,如何保证错位量同时实现轻量化成为一大挑战。文中基于SIMP插值惩罚模型提出了一种考虑机械-惯性载荷作用的航发齿轮传动... 航发齿轮传动机匣在恶劣服役工况和复杂载荷条件下,要求壳体具备轻量化特征,轴承孔错位量作为机匣的关键评价指标,如何保证错位量同时实现轻量化成为一大挑战。文中基于SIMP插值惩罚模型提出了一种考虑机械-惯性载荷作用的航发齿轮传动壳体拓扑优化方法,将惯性过载对机匣附件所产生的影响加入优化模型,以壳体应力、危险轴承孔中心错位量和优化区域体积分数为约束条件,不同工况下的壳体加权柔顺度最小为目标,实现壳体减重7.1%的同时,Von Mises应力、变形量和危险轴承孔中心错位量最大分别下降7.1%、3.1%和12.1%。 展开更多
关键词 航空发动机 附件机匣 结构设计 齿轮传动 拓扑优化
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考虑排种器机架加工及载荷不确定性的结构优化方法
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作者 王昱 张文鹏 +3 位作者 曾山 卢家欢 高巧明 边双印 《中国农机化学报》 北大核心 2025年第11期1-7,共7页
播种机的精量排种器机架所受外部扰动的大小、方向具有不确定性,且机架在制造过程中存在的加工误差也具有不确定性。此类不确定性可能导致实际结构的性能偏离最佳设计或无法满足设计要求,使机架的连接部分存在疲劳断裂的隐患,对排种器... 播种机的精量排种器机架所受外部扰动的大小、方向具有不确定性,且机架在制造过程中存在的加工误差也具有不确定性。此类不确定性可能导致实际结构的性能偏离最佳设计或无法满足设计要求,使机架的连接部分存在疲劳断裂的隐患,对排种器精量播种造成不利影响。为解决这些问题并满足工程实际中对结构轻量化设计的需求,采用参数化水平集方法结合结构拓扑优化技术,对排种器机架加工及载荷不确定性进行建模与仿真分析。通过仿真试验得出,机架优化构型的三维模型厚度比初始构型多66.7%时,质量为初始构型的16%,应变能均值为初始构型的68.8%,验证优化构型轻量化的同时比初始构型承载力更大且结构更稳定。 展开更多
关键词 播种机 排种器 机架 载荷不确定性 结构轻量化 拓扑优化
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可铸造性十字板式节点拓扑优化设计研究
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作者 余永强 韩文哲 王超 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第4期170-178,共9页
目的采用传统结构拓扑优化方法对十字板式节点构型进行优化设计后,所得优化结果几何构型复杂,铸造困难。方法考虑铸造约束的结构拓扑优化,在密度法框架下,本文以结构柔顺度最小化为目标,建立同时考虑材料体积和铸造约束条件的结构拓扑... 目的采用传统结构拓扑优化方法对十字板式节点构型进行优化设计后,所得优化结果几何构型复杂,铸造困难。方法考虑铸造约束的结构拓扑优化,在密度法框架下,本文以结构柔顺度最小化为目标,建立同时考虑材料体积和铸造约束条件的结构拓扑优化模型;利用密度过滤和阈值投影相结合的优化技术减少优化设计中的中间密度单元;采用P-norm函数解决铸造约束函数面临的可微性问题。在此基础上,分别进行基于典型2D和3D十字板式节点的可铸造性结构拓扑优化设计对比研究。结果结果表明:采用集成铸造约束条件的结构拓扑优化方法,可有效解决传统十字板式节点拓扑优化设计面临的铸造困难问题;不同脱模方向和材料体积均会导致不同的节点设计,合理的脱模方向和充足的材料有利于获取高性能节点设计;过滤半径和网格密度主要影响节点的优化设计质量,过滤半径越小,节点设计越精细,网格密度越细密,节点设计越光滑。结论本文优化设计构型创新,满足可铸造性要求,可为可铸造性铸钢节点优化设计提供有益参考。 展开更多
关键词 拓扑优化 十字板式节点 可铸造性 铸钢节点 空间结构
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农用无人机结构拓扑优化与增材制造研究
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作者 卞青青 《农机化研究》 北大核心 2025年第5期197-201,共5页
为了提高无人机载重、减少整体质量、实现机身轻量化设计,以农用无人机机翼为研究对象,基于围绕增材制造的核心拓扑结构折叠固化的薄复合材料壳,采用类似桁架的内部结构和折叠的薄复合材料壳进行制造,实现高度复杂且无需模具的无人机结... 为了提高无人机载重、减少整体质量、实现机身轻量化设计,以农用无人机机翼为研究对象,基于围绕增材制造的核心拓扑结构折叠固化的薄复合材料壳,采用类似桁架的内部结构和折叠的薄复合材料壳进行制造,实现高度复杂且无需模具的无人机结构。通过优化设计和增材制造的结合,成功提高了农用无人机的载重能力和续航能力。机翼试验验证结果表明:优化设计和模拟结果的吻合度较高,验证了该方法的可靠性和有效性。研究可为农用无人机结构的拓扑优化和增材制造提供重要的参考和指导。 展开更多
关键词 农用无人机 结构拓扑优化 增材制造 性能改进 载重 应变
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基于多工况的铲式落布车车身设计与优化
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作者 宋栓军 尚长伟 +1 位作者 张家豪 周进良 《纺织学报》 北大核心 2025年第5期252-261,共10页
为解决当前落布车车身重、无法适应不同幅宽布辊、工作过程中稳定性差等问题,结合落布过程中的7种工况,基于拓扑优化的方法设计了一款轻量化、高稳定性的铲式落布车。首先对车身基本结构进行了力学分析,得出载荷分配与车轮位置的关系。... 为解决当前落布车车身重、无法适应不同幅宽布辊、工作过程中稳定性差等问题,结合落布过程中的7种工况,基于拓扑优化的方法设计了一款轻量化、高稳定性的铲式落布车。首先对车身基本结构进行了力学分析,得出载荷分配与车轮位置的关系。在此基础上,通过7种工况下的静态结构分析得到影响车身结构的权重比,将各工况的权重比、车身振动特征和模态参数作为车身拓扑优化问题的依据条件,随后对其形状尺寸进行优化,以此获得最优车身结构设计方案。通过仿真实验,对比分析了优化前后落布车的车身刚度、模态等性能。结果表明,考虑多工况的优化方案其车身减重32.5%,各工况下稳定性明显提升。 展开更多
关键词 车身结构 轻量化 力学分析 多工况 拓扑优化 仿真分析 落布车
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基于多工况的甘蔗收割机输送臂轻量化研究 被引量:1
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作者 陈智斌 唐永治 +1 位作者 靳龙 陈波铭 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第4期6-11,共6页
甘蔗收割机输送臂较重,使甘蔗收割机的经济性、稳定性、工作灵活性及安全性等受到影响,因此有必要对其进行轻量化研究。针对现有甘蔗收割机输送臂轻量化研究采用尺寸优化及单工况拓扑优化,无法获得较优的轻量化效果及满足于多种工况刚... 甘蔗收割机输送臂较重,使甘蔗收割机的经济性、稳定性、工作灵活性及安全性等受到影响,因此有必要对其进行轻量化研究。针对现有甘蔗收割机输送臂轻量化研究采用尺寸优化及单工况拓扑优化,无法获得较优的轻量化效果及满足于多种工况刚度要求的全局最优解问题,采用带权重的线性加权法协调多个目标函数进行多工况结构拓扑优化,获得材料的最优分布,并对主要零件进行尺寸优化,使其在结构优化的基础上较大程度地减轻输送臂重量,以提高材料利用效能。结果表明:采用该方法对输送臂进行轻量化设计可行,并有效解决了结构优化中只考虑单一工况无法获得最优解的问题。优化后输送臂在满足性能的条件下其重量降低明显,同时结构更趋合理,其强度与刚度均有所提升,轻量化效果明显,有助于提高经济性。 展开更多
关键词 输送臂 多工况 结构拓扑 尺寸优化
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面向增材制造的进气道拓扑优化数值研究
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作者 郭家琦 孙振华 +1 位作者 刘亚东 白涛涛 《航空兵器》 北大核心 2025年第1期107-114,共8页
进气道是冲压发动机的重要部件之一,其强度与刚度对于冲压发动机稳定性至关重要。为降低发动机消极质量并优化发动机设计,本文以某进气道为研究对象,在满足进气道变形和承载要求的基础上进行进气道薄壁结构减重设计。对进气道进行静力校... 进气道是冲压发动机的重要部件之一,其强度与刚度对于冲压发动机稳定性至关重要。为降低发动机消极质量并优化发动机设计,本文以某进气道为研究对象,在满足进气道变形和承载要求的基础上进行进气道薄壁结构减重设计。对进气道进行静力校核,根据进气道在4种工况下的初始强度校核结果确定优化设计域,结合点阵结构,同时考虑加强筋布局优化与加强筋尺寸优化,运用变密度拓扑优化方法,采用主级加筋结合局部点阵加筋填充的优化方案对进气道进行了优化设计。利用有限元软件进行优化前后强度、刚度、稳定性校核,优化后进气道结构质量减少了8%,稳定性增强,整体刚度分布更好,实现了进气道的减重与结构设计空间的扩展,证明本文采用的优化方法可行性。 展开更多
关键词 拓扑优化 数值研究 进气道 点阵结构 薄壁加筋 冲压发动机
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大口径折射式空间望远镜镜筒结构的优化设计
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作者 黄志裕 朱俊青 +2 位作者 王永宪 黄炜祺 关英俊 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第5期293-303,共11页
针对大口径折射式空间望远镜的轻量化需求,采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,在经验结构设计的基础上对镜筒结构(Φ154 mm×190 mm)进行优化并重构新构型。首先,建立几何模型并采用有限元分析方法进行拓扑优化,获得合理的结构模... 针对大口径折射式空间望远镜的轻量化需求,采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,在经验结构设计的基础上对镜筒结构(Φ154 mm×190 mm)进行优化并重构新构型。首先,建立几何模型并采用有限元分析方法进行拓扑优化,获得合理的结构模型;随后,对其进行尺寸优化,确定最优结构参数。基于优化结果重构镜筒模型,并进行力学分析以验证其结构性能。静动力学分析结果表明:在5℃均匀温升和轴向重力耦合工况下,大口径透镜的面形PV值最大为9.62 nm,RMS值最大为2.21 nm,满足PV<λ/10,RMS<λ/50(λ=632.8 nm)的设计要求。系统基频为2074 Hz,满足刚度要求;其镜筒质量从3.022 kg减重至1.053 kg,实现减重65.16%的轻量化效果;最后,通过整机试验测试,系统波像差为0.124λ,成像质量良好,满足空间应用需求。 展开更多
关键词 空间望远镜 镜筒结构 拓扑优化 尺寸优化 有限元分析
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风力机翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化
14
作者 张帆 朱杰 +3 位作者 蔡新 杨帆 黄文婷 戴天师 《可再生能源》 北大核心 2025年第5期629-636,共8页
为使风力机翼型同时具有较好的气动与结构性能,文章提出了一种翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化方法。采用Hicks-Henne型函数表征翼型气动外形,利用XFOIL计算其气动性能;通过ANSYS建立翼型有限元模型并计算其拓扑结构性能。在此基... 为使风力机翼型同时具有较好的气动与结构性能,文章提出了一种翼型气动外形与内部拓扑结构一体化优化方法。采用Hicks-Henne型函数表征翼型气动外形,利用XFOIL计算其气动性能;通过ANSYS建立翼型有限元模型并计算其拓扑结构性能。在此基础上,采用MATLAB编写基于遗传算法且以升阻比最大以及结构柔顺度最小为目标的优化程序。对某1.5 MW风力机叶片的5种基本翼型进行3种目标权重因子下的优化设计,结果表明,相比于初始翼型,各优化翼型的最大升阻比均有提升,且结构柔顺度均有减小,并获得了基本一致的上、下表面主梁帽分别向前缘及后缘偏移的内部结构概念设计方案。与原叶片相比,采用优化翼型的新叶片结合微小的主梁帽偏移量可令叶片的气动与结构性能得到有效提升。 展开更多
关键词 风力机翼型 气动外形 拓扑结构 一体化优化
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基于SLM工艺的点阵结构优化设计工艺要素
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作者 敬晨晨 卢继平 庞璐 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第2期28-36,共9页
为了研究SLM工艺对点阵结构的影响,设计了SLM工艺对点阵结构中杆单元的形貌和力学性能影响的实验方案,发现SLM工艺对不同倾角的杆单元的成形质量有很大影响,随倾角的增大成型误差也逐渐减小。杆单元的直径对成型质量存在着一定的影响,... 为了研究SLM工艺对点阵结构的影响,设计了SLM工艺对点阵结构中杆单元的形貌和力学性能影响的实验方案,发现SLM工艺对不同倾角的杆单元的成形质量有很大影响,随倾角的增大成型误差也逐渐减小。杆单元的直径对成型质量存在着一定的影响,随着直径的增加,相对误差也随之减小;杆单元的直径和倾角对其力学性能没有影响。实验最后拟合得到了一组杆单元横截面积预测公式,该公式能够根据杆单元的倾角和设计直径预测在当前工艺下制造后的杆单元直径,从而在设计阶段就对其修正以减小采用SLM加工带来的误差,使得生产出来的产品性能更加符合预期,对整个结构设计领域具有重要意义。 展开更多
关键词 SLM工艺 点阵结构 拓扑优化 增材制造
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基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法研究
16
作者 徐炅阳 余秋子 +2 位作者 张佳龙 操小龙 陈海波 《振动与冲击》 北大核心 2025年第8期133-142,共10页
传统声振耦合系统微结构拓扑优化依赖于有限元、边界元等数值方法,存在计算成本高、耗时长的问题。为此,提出一种基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法。该方法的核心是以微结构密度分布为特征,以系统响应和灵敏度值为标签构... 传统声振耦合系统微结构拓扑优化依赖于有限元、边界元等数值方法,存在计算成本高、耗时长的问题。为此,提出一种基于数据驱动的声振耦合系统微结构拓扑优化方法。该方法的核心是以微结构密度分布为特征,以系统响应和灵敏度值为标签构建数据集分别训练人工神经网络,建立微结构材料分布与响应及灵敏度之间的非线性映射关系。数值测试表明,所提方法通过神经网络预测的方式替代传统的响应分析和灵敏度计算,在保证计算精度的同时减少计算成本,最终显著提升声振耦合系统微结构拓扑优化计算效率。同时该方法具有较好的泛化能力,可以针对不同的初始结构快速给出收敛的优化构型,这对拓扑优化设计中的全局优化解的搜寻具有重要意义。 展开更多
关键词 声振耦合 拓扑优化 微结构 数据驱动 神经网络
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量子退火驱动的桁架结构拓扑优化设计方法
17
作者 王炎 杨迪雄 +1 位作者 雷振增 陈国海 《计算力学学报》 北大核心 2025年第3期339-345,361,共8页
为克服桁架结构传统拓扑优化方法面临的计算效率低、易陷入局部最优等局限,本文基于桁架基结构思想,提出了一种量子退火驱动的桁架结构刚度优化设计方法。首先,选取桁架结构的弹性应变能作为目标函数,将体积约束表达成惩罚项形式嵌入结... 为克服桁架结构传统拓扑优化方法面临的计算效率低、易陷入局部最优等局限,本文基于桁架基结构思想,提出了一种量子退火驱动的桁架结构刚度优化设计方法。首先,选取桁架结构的弹性应变能作为目标函数,将体积约束表达成惩罚项形式嵌入结构优化问题的哈密顿量中,形成无约束优化问题。然后,通过构造杆件截面积的增量与编码量子比特的指数型映射关系,同时引入辅助量子比特,并以量子退火算法驱动其变化来实现增量正负方向的调整,从而将体积约束下的桁架刚度最大化问题转化为量子退火机能够求解的二次无约束二进制优化问题。使用经典计算机执行有限元分析,在专用量子退火机上实现优化求解,发展了经典与量子计算混合优化框架。两个桁架拓扑优化算例验证了本文提出的算法的稳定收敛性,并展示了量子退火算法在结构优化领域的可行性与应用潜力,为工程优化设计提供了一种融合经典计算与量子算法的创新范式。 展开更多
关键词 桁架结构 拓扑优化设计 量子退火算法 量子计算 二次无约束二进制优化问题
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形状记忆合金结构的拓扑优化设计方法
18
作者 陈世瞳 丁晓红 熊敏 《上海理工大学学报》 北大核心 2025年第3期239-248,共10页
针对形状记忆合金的超弹性特性,结合余弦型本构模型和固体各向同性材料惩罚模型,建立材料插值函数,并利用变密度拓扑优化方法,实现了考虑形状记忆合金材料非线性的结构拓扑优化设计。将提出的方法应用于二维和三维结构设计,并利用静力... 针对形状记忆合金的超弹性特性,结合余弦型本构模型和固体各向同性材料惩罚模型,建立材料插值函数,并利用变密度拓扑优化方法,实现了考虑形状记忆合金材料非线性的结构拓扑优化设计。将提出的方法应用于二维和三维结构设计,并利用静力学分析和马氏体相变演化分析方法,对优化设计结构进行研究。结果表明:相比传统优化设计方法,本文提出的优化方法所得结构具有较好的力学性能,受静力载荷时,结构内部最大应力相比传统优化结构下降19.57%,最大位移下降31.03%;在马氏体相变演化分析中,加载结束时的最大马氏体体积分数下降了20.27%。本文所提出的优化设计方法获得的结构内部整体应力分布较为平均,不易发生局部的应力集中,且马氏体相变导致的变形较小。 展开更多
关键词 形状记忆合金 拓扑优化 结构设计 材料非线性 马氏体相变演化
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家具拓扑优化研究进展与发展趋势
19
作者 欧阳嘉骏 张仲凤 《林产工业》 北大核心 2025年第10期66-74,共9页
随着计算机科学技术飞速发展,拓扑优化设计已成为家具结构设计中实现轻量化和高性能关键手段之一。从家具拓扑制造方式、外观设计及结构设计三方面,对相关研究进行归纳和分析,并进一步总结了人工智能技术在家具拓扑优化中的应用。在此... 随着计算机科学技术飞速发展,拓扑优化设计已成为家具结构设计中实现轻量化和高性能关键手段之一。从家具拓扑制造方式、外观设计及结构设计三方面,对相关研究进行归纳和分析,并进一步总结了人工智能技术在家具拓扑优化中的应用。在此基础上,探讨了拓扑优化家具的发展机遇与挑战,以期为人工智能与拓扑优化结合,提升家具设计的智能化与自动化水平提供参考。 展开更多
关键词 家具结构 拓扑优化 增材制造 人工智能 结构优化
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考虑基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法
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作者 王铭泽 刘书田 《力学学报》 北大核心 2025年第1期162-172,共11页
随着压电柔顺机构在航空航天及精密加工等高频振动环境中的广泛应用,亟需发展大行程、高频响压电柔顺机构的拓扑优化方法.现有的拓扑优化方法侧重于提高柔顺机构的输出行程,而忽略了其动态特性.文章提出一种考虑基频约束的压电柔顺机构... 随着压电柔顺机构在航空航天及精密加工等高频振动环境中的广泛应用,亟需发展大行程、高频响压电柔顺机构的拓扑优化方法.现有的拓扑优化方法侧重于提高柔顺机构的输出行程,而忽略了其动态特性.文章提出一种考虑基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法.首先,为了更准确地描述压电驱动器与柔顺机构间的相互作用,将压电驱动器直接耦合进柔顺机构的优化分析模型中,建立了压电柔顺机构机-电耦合优化分析模型.其次,以输出位移为目标函数,基于变密度法,建立了考虑结构基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法.采用p-norm凝聚函数来近似结构基频,避免了迭代过程中特征值重复和模态切换所引起的不可导问题,并利用伴随法和链式求导法推导了目标函数和基频约束对设计变量的灵敏度.最后,通过数值算例验证了所提优化方法的有效性,讨论了基频约束对优化结果的影响.数值算例结果表明,所提方法迭代过程快速,收敛性好,能够在满足基频约束的前提下,实现输出行程最大化的设计.与仅考虑柔顺机构输出位移的优化结果相比,采用本文提出的方法所得优化构型的材料分布明显不同,且随着基频约束的增大,优化构型的基频相应变大,而输出位移变小. 展开更多
关键词 拓扑优化 柔顺机构 压电材料 动力学优化 智能结构
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