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固体发动机绝热层横观各向同性超弹性本构模型
1
作者 陈胜豪 王春光 李群 《固体火箭技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期685-693,共9页
固体火箭发动机绝热层因内部存在短纤维,其力学行为难以准确表征,为了建立考虑短纤维影响的本构模型,针对芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶材料开展了平行于压延方向(0°)与垂直于压延方向(90°)的拉伸试验,验证了绝热层材料内部短... 固体火箭发动机绝热层因内部存在短纤维,其力学行为难以准确表征,为了建立考虑短纤维影响的本构模型,针对芳纶短纤维增强三元乙丙橡胶材料开展了平行于压延方向(0°)与垂直于压延方向(90°)的拉伸试验,验证了绝热层材料内部短纤维近似定向分布的假设;同时基于断面SEM图像分析了绝热层材料的纤维抽离、纤维断裂、基体损伤等失效行为。基于试验观测,在应变能密度函数中引入纤维项,建立了适用于绝热层材料的横观各向同性超弹性本构模型,并通过0°、45°和90°单轴拉伸试验验证了该模型的准确性,不同角度预测误差均在10%以内。最后,利用该模型给出了在不同方向上绝热层简单变形的应力响应表达式。 展开更多
关键词 固体火箭发动机 绝热层 横观各向同性 超弹性模型 短纤维增强橡胶材料
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基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计 被引量：1
2
作者 占金青 王啸 +1 位作者 蒲圣鑫 刘敏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期77-85,共9页
为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质... 为了满足多相材料结构动态性能要求,提出一种基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化设计方法。采用序列固体各向同性料插值模型惩罚刚度矩阵和质量矩阵,以多个动载荷作用的多相材料结构总动态柔顺度最小化为优化目标,以结构质量和成本为约束条件,构建多相材料结构动态拓扑优化模型,利用等效静态载荷法将多相材料结构动态拓扑优化问题转化为多工况下的多相材料结构静态拓扑优化问题,以降低灵敏度分析的复杂程度;采用移动渐近线算法求解多相材料结构动态拓扑优化问题。数值算例结果表明所提方法是有效性的,与传统的拓扑优化方法相比,基于等效静态载荷法的多相材料结构动态拓扑优化求解时间节省了75%,大大提高了计算效率;与单相材料拓扑优化结果相比,多相材料结构动态拓扑优化设计获得的结构具有更好的动态性能。 展开更多
关键词 多相材料结构 动态拓扑优化 等效静态载荷法 序列固体各向同性料插值模型
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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
3
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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基于深度学习的多参数结构拓扑优化方法
4
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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连续体结构的变密度拓扑优化方法研究 被引量：11
5
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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典型船舶板架拓扑与形状优化设计 被引量：14
6
作者 张会新 杨德庆 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2015年第6期27-33,59,共8页
以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶... 以典型板架结构(船底板架和上层建筑板架)为研究对象,探讨结构拓扑与形状优化设计方法在船舶设计中的应用。对船底板架结构进行形状和尺寸优化(优化目标是指定应力约束条件下结构重量最小),优化后的结构重量减少了15.82%。为改善舱室顶部空间布局,提高舱室顶部板架结构的固有频率,对上层建筑板架进行拓扑优化,寻求材料最优分布,并在对其进行静力分析和模态分析的基础上,以体积百分比为约束条件,以板架固有频率为目标函数,得到拓扑优化后的结构型式,新结构型式使材料分布更加合理,有利于舱室顶部管道和电缆等的铺设。研究表明,在目前的板架结构设计中,可广泛应用结构拓扑与形状优化设计技术。 展开更多
关键词 板架结构 结构优化 拓扑优化 固体各向同性惩罚微结构模型
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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
7
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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二维结构拓扑优化的GPU并行计算方法研究 被引量：2
8
作者 刘家彤 王春洁 +1 位作者 吴健 付志方 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第1期123-126,131,共5页
针对结构拓扑优化中存在的计算量大,计算效率低的问题,以二维结构拓扑优化问题为研究对象,提出了一种GPU并行计算方法。通过对已有串行算法进行研究,结合GPU并行计算的基本特点,采用节点刚度方法计算结构刚度矩阵,相对于MATLAB向量化计... 针对结构拓扑优化中存在的计算量大,计算效率低的问题,以二维结构拓扑优化问题为研究对象,提出了一种GPU并行计算方法。通过对已有串行算法进行研究,结合GPU并行计算的基本特点,采用节点刚度方法计算结构刚度矩阵,相对于MATLAB向量化计算,该算法加速效果显著。以固体各向同性材料惩罚法进行结构拓扑优化为例,在CUDA平台下实现了对结构化网格二维拓扑优化问题的GPU并行计算,得到了清晰的拓扑构型,将该方法与现有计算方法进行对比,GPU并行计算速度有较大提升。 展开更多
关键词 拓扑优化 GPU并行计算 节点刚度 固体各向同性材料惩罚法 CUDA
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考虑最小尺寸精确控制的SIMP和MMC混合拓扑优化方法 被引量：3
9
作者 廉睿超 敬石开 +2 位作者 李营 肖登宝 陈阳 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期3524-3537,共14页
拓扑优化作为一种先进设计方法,已被成功用于多个学科领域优化问题求解,但从拓扑优化结果到其工程应用之间仍存在诸多阻碍,如在结构设计中存在难以制造的小孔或边界裂缝和单铰链连接等.在拓扑优化设计阶段考虑结构最小尺寸控制是解决上... 拓扑优化作为一种先进设计方法,已被成功用于多个学科领域优化问题求解,但从拓扑优化结果到其工程应用之间仍存在诸多阻碍,如在结构设计中存在难以制造的小孔或边界裂缝和单铰链连接等.在拓扑优化设计阶段考虑结构最小尺寸控制是解决上述问题的一种有效手段.在最小尺寸控制的结构拓扑优化方法中,通用性较强的固体各向同性材料惩罚法SIMP优化结果边界模糊不光滑,包含精确几何信息的移动变形组件法MMC对初始布局具有较强依赖性.本文提出一种考虑最小尺寸精确控制的SIMP和MMC混合拓扑优化方法.所提方法继承了二者优势,避免了各自缺点.在该方法中,首先采用活跃轮廓算法ACWE获取SIMP输出的拓扑结构边界轮廓数据,提出了SIMP优化结果到MMC组件初始布局的映射方法.其次,通过引入组件的3个长度变量,建立了半圆形末端的多变形组件拓扑描述函数模型.最后,以组件厚度变量为约束,构建了考虑结构最小尺寸控制的拓扑优化模型.采用最小柔度问题和柔性机构问题验证了所提方法的有效性.数值结果表明,所提方法在无需额外约束的条件下,仅通过组件厚度变量下限设置,可实现整体结构的最小尺寸精确控制,并获得了具有全局光滑的拓扑结构边界. 展开更多
关键词 固体各向同性材料惩罚法 移动变形组件法 混合拓扑优化 拓扑描述函数 最小尺寸控制
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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
10
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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