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多孔结构多尺度随机振动分析的渐近均匀化-时域显式法 被引量:2
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作者 苏成 罗俊哲 许秩 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第1期1-11,共11页
由于具有高比强、高比刚度等优点,多孔结构在土木工程、机械工程和航天航空工程等领域得到了广泛应用.在随机动力荷载作用下多孔结构的随机响应分析是值得关注的研究方向之一.采用多尺度渐近均匀化法,推导了周期性多孔结构动力问题的多... 由于具有高比强、高比刚度等优点,多孔结构在土木工程、机械工程和航天航空工程等领域得到了广泛应用.在随机动力荷载作用下多孔结构的随机响应分析是值得关注的研究方向之一.采用多尺度渐近均匀化法,推导了周期性多孔结构动力问题的多尺度控制微分方程,并建立了多孔结构宏观和细观动力响应的时域显式表达式.在此基础上,结合结构随机振动时域显式法,实现了非平稳随机激励下多孔结构动力响应统计矩的计算.所提出的渐近均匀化-时域显式法,一方面可以发挥多尺度动力分析渐近均匀化法的计算优势,高效建立多孔结构宏观和细观动力响应的时域显式表达式;另一方面也可以利用随机振动时域显式法的计算特点,快速精确地求解非平稳随机激励下多孔结构的随机振动问题.通过数值算例,验证了所提方法在多孔结构非平稳随机振动问题求解中的计算精度和计算效率. 展开更多
关键词 多尺度分析 随机振动 多孔结构 渐近均匀化法 时域显式
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三维负泊松比超材料拓扑优化设计
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作者 胡天男 郭鸿鹄 《上海理工大学学报》 北大核心 2025年第3期262-268,共7页
负泊松比超材料因其在受拉时横向膨胀、受压时横向收缩的反常力学行为,在航空航天、生物医疗和柔性电子等领域具有重要应用潜力。然而,现有研究多集中于二维或三维各向同性设计,难以满足实际工程中对材料方向相关性的需求。本文提出一... 负泊松比超材料因其在受拉时横向膨胀、受压时横向收缩的反常力学行为,在航空航天、生物医疗和柔性电子等领域具有重要应用潜力。然而,现有研究多集中于二维或三维各向同性设计,难以满足实际工程中对材料方向相关性的需求。本文提出一种基于密度法的三维正交各向异性负泊松比超材料拓扑优化设计方法,通过构建新的多目标优化函数,结合均质化理论,实现单胞结构在3个正交方向上的负泊松比性能。首先,基于SIMP(solid isotropic material with penalization)材料插值模型,引入几何约束条件,在确保优化单胞对称性的同时有效减少计算规模;其次,通过惩罚函数建立了新的目标函数及优化模型;最后,利用周期性边界条件下的有限元均质化方法,计算等效力学性能,并通过灵敏度分析驱动设计变量更新。数值算例表明,优化后的单胞在3个主方向上均实现了负泊松比性能。本研究为三维正交各向异性拉胀超材料的可控制备提供了理论依据,扩展了机械超材料的设计和应用范围。 展开更多
关键词 拓扑优 负泊松比 超材料 均匀化法 密度
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隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法 被引量:4
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作者 孙鹏飞 张跃 +2 位作者 尹鹏 刘宏磊 李宝童 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期85-95,共11页
为实现多孔单胞构型对多孔结构功能特性的调控,提出隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法。在三周期极小曲面隐式水平集函数中引入罚函数,保证小体积分数下曲面的连续性。对惩罚的隐式函数线性加权构造混合水平集函数,实现多孔结构混... 为实现多孔单胞构型对多孔结构功能特性的调控,提出隐式曲面梯度多孔结构拓扑优化设计方法。在三周期极小曲面隐式水平集函数中引入罚函数,保证小体积分数下曲面的连续性。对惩罚的隐式函数线性加权构造混合水平集函数,实现多孔结构混合参数化建模。采用数值均匀化法评估多孔结构的宏观等效弹性属性,并通过径向基插值函数构建等效弹性张量关于混合权重因子的显式表达式。以混合权重因子为设计变量,建立柔度最小化拓扑优化模型并采用优化准则法求解。引入Heaviside函数建立高阶连续插值模型,保证梯度多孔结构的高阶连续性。数值案例和实验结果表明,相比于均布多孔结构,所设计的梯度多孔结构的鲁棒性和承载特性更优,且不同单胞构型的梯度多孔结构功能特性相异。所提方法能有效应用三周期极小曲面梯度多孔结构设计,实现多孔单胞构型对结构功能特性的调控,丰富了多孔结构的力学内涵。 展开更多
关键词 拓扑优 三周期极小曲面 梯度多孔结构 数值均匀化法 混合水平集函数
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梯度空心多孔结构优化设计方法 被引量:3
4
作者 田启华 舒正涛 +3 位作者 付君健 杜义贤 周祥曼 田磊 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第23期2867-2878,共12页
针对空心多孔结构参数化建模困难、承载性能不足的问题,提出了一种梯度空心多孔结构优化设计方法。将不同水平参数的I-WP(I-wrapped package)型三周期极小曲面进行布尔运算实现了空心多孔结构单胞的隐式建模,并基于数值均匀化法对该结... 针对空心多孔结构参数化建模困难、承载性能不足的问题,提出了一种梯度空心多孔结构优化设计方法。将不同水平参数的I-WP(I-wrapped package)型三周期极小曲面进行布尔运算实现了空心多孔结构单胞的隐式建模,并基于数值均匀化法对该结构的等效弹性属性进行了评估。通过引入凸优化理论的仿射概念,构造混合水平集函数,实现了梯度空心多孔结构的参数化建模;以刚度最大化为目标函数,建立了基于混合水平集方法的梯度空心多孔结构拓扑优化模型,通过优化准则算法进行求解,得到了具有良好连续性的梯度多孔结构。对优化结构进行了有限元分析,并采用选择性激光烧结技术制造了模型样件,开展了力学实验。数值案例和实验结果表明,该方法可有效实现空心多孔结构的参数化设计,显著提高了多孔结构的承载性能。 展开更多
关键词 空心多孔结构 参数建模 均匀化法 混合水平集 力学实验
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惯性载荷作用下火箭橇结构拓扑优化设计 被引量:4
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作者 易垒 文毅 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期80-85,148-149,共6页
基于均匀化优化方法,以结构的刚度最大化为目标、材料用量为约束,推导了考虑惯性载荷的准则法公式。由于目标函数具有非单调特性,拓扑优化迭代不易收敛到最优解,因此提出了对准则法迭代中涉及惯性载荷敏度计算部分的修正。通过实例研究... 基于均匀化优化方法,以结构的刚度最大化为目标、材料用量为约束,推导了考虑惯性载荷的准则法公式。由于目标函数具有非单调特性,拓扑优化迭代不易收敛到最优解,因此提出了对准则法迭代中涉及惯性载荷敏度计算部分的修正。通过实例研究表明:本文提出的修正准则法可以保证迭代过程平稳且获得最佳拓扑构型,该拓扑构型与SIMP和BESO方法的基本一致,说明了本文方法的可行性。最后利用本文方法对火箭橇结构进行了拓扑优化设计,所得结果对工程设计应用可提供有益的参考。 展开更多
关键词 拓扑优 均匀化法 准则 惯性载荷 火箭橇
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承载散热一体化的功能梯度多孔结构拓扑优化设计 被引量:8
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作者 杜义贤 张跃 +3 位作者 付君健 田启华 周祥曼 王林军 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第7期1141-1150,共10页
针对多功能结构承载散热一体化需求,提出面向功能梯度多孔结构的拓扑优化设计方法.首先基于三周期极小曲面实现C0连续梯度多孔结构建模;然后引入数值均匀化法计算多孔结构宏观等效弹性张量和宏观等效热传导张量;最后以多孔结构体积分数... 针对多功能结构承载散热一体化需求,提出面向功能梯度多孔结构的拓扑优化设计方法.首先基于三周期极小曲面实现C0连续梯度多孔结构建模;然后引入数值均匀化法计算多孔结构宏观等效弹性张量和宏观等效热传导张量;最后以多孔结构体积分数为设计变量,建立散热弱度和结构柔度最小化加权多目标拓扑优化模型,采用优化准则法求解.数值算例结果表明,相比于单目标拓扑优化设计,该方法通过牺牲较低的散热性能换取较大的承载性能提升,显著地提高了多孔结构的综合性能. 展开更多
关键词 拓扑优 极小曲面 功能梯度多孔结构 数值均匀化法 承载散热一体
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基于Ansys的某型舰炮托架拓扑优化设计 被引量:6
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作者 黄观明 杨宏亮 +1 位作者 张建波 刘圣强 《舰船科学技术》 北大核心 2018年第3期142-145,共4页
为了减轻旋回架的重量和降低生产成本,实现轻量化设计的目的。通过均匀化方法理论,建立了以微结构单胞密度为设计变量,柔顺度最小为目标函数,体积函数为约束函数的拓扑优化数学模型,并通过Ansys有限元软件,对某型舰炮托架进行了拓扑优... 为了减轻旋回架的重量和降低生产成本,实现轻量化设计的目的。通过均匀化方法理论,建立了以微结构单胞密度为设计变量,柔顺度最小为目标函数,体积函数为约束函数的拓扑优化数学模型,并通过Ansys有限元软件,对某型舰炮托架进行了拓扑优化研究。根据优化结果对托架进行了结构改进和有限元分析,分析结果表明,在满足结构刚、强度的条件下,托架质量减轻了16%,较好地达到了设计目标,实现了托架结构轻量化设计的目的。这对于舰炮结构改进设计具有工程应用价值,对其他一般机械结构问题也提供了一种设计思路。 展开更多
关键词 托架 均匀化法 ANSYS 拓扑优
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多孔结构导电性能拓扑优化设计与实验验证
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作者 付君健 田磊 +1 位作者 周祥曼 田启华 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第12期5058-5066,共9页
针对结构电导率受构型影响、导电性能难以准确评估等问题,提出一种多孔结构导电性能拓扑优化设计与实验验证方法。首先,研究了基于静电场理论的三维数值均匀化方法,实现了对三维多孔结构等效导电属性的评价。其次,基于变密度拓扑优化方... 针对结构电导率受构型影响、导电性能难以准确评估等问题,提出一种多孔结构导电性能拓扑优化设计与实验验证方法。首先,研究了基于静电场理论的三维数值均匀化方法,实现了对三维多孔结构等效导电属性的评价。其次,基于变密度拓扑优化方法,以体积分数为约束条件,结合均匀化理论建立了微观尺度下多孔结构电导率最大化拓扑优化模型。然后,采用伴随变量法对目标函数进行了灵敏度分析,通过优化准则算法进行了求解,实现了不同初始结构设计和体积分数下多孔结构拓扑优化设计。最后,通过有限元分析和实验进一步验证了多孔结构的等效导电属性。结果表明:本文方法可有效优化多孔结构导电性能。 展开更多
关键词 拓扑优 多孔结构 均匀化法 导电性能 实验验证
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孔隙缺陷对三维编织C/C复合材料等效弹性性能的影响 被引量:3
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作者 魏坤龙 史宏斌 +1 位作者 李江 唐敏 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期186-192,共7页
弹性常数是工程材料结构设计的重要参数。为了研究孔隙缺陷对三维编织C/C复合材料弹性性能的影响,考虑了纤维增强相、基体相和界面相的孔隙缺陷,建立了孔隙缺陷随机分布的纤维丝尺度和纤维束尺度的双尺度单胞模型,采用均匀化方法预报了... 弹性常数是工程材料结构设计的重要参数。为了研究孔隙缺陷对三维编织C/C复合材料弹性性能的影响,考虑了纤维增强相、基体相和界面相的孔隙缺陷,建立了孔隙缺陷随机分布的纤维丝尺度和纤维束尺度的双尺度单胞模型,采用均匀化方法预报了含孔隙缺陷的三维编织C/C复合材料等效弹性常数,预报结果与实验结果吻合良好。在此基础上研究了孔隙率的影响,结果表明:(1)孔隙率对材料弹性常数有着显著影响,当孔隙率为10%时,材料轴向和径向拉伸模量分别减小11.17%和12.30%,面内和面外剪切模量分别减小11.28%和29.74%,面外泊松比减小29.32%,而面内泊松比增大0.26%;(2)基体相孔隙率对材料弹性常数的影响总体上呈线性,纤维增强相、界面相孔隙率的影响呈非线性,且组分相孔隙率的影响大小为:纤维增强相>基体相>界面相。本研究结果可为此类材料结构精细化设计和工艺优化提供参考。 展开更多
关键词 三维编织C/C复合材料 等效弹性常数 孔隙率 均匀化法 双尺度 界面
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I-WP型极小曲面空心多孔结构设计与力学性能分析 被引量:10
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作者 杜义贤 孙鹏飞 +3 位作者 付君健 田启华 周祥曼 陶然 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期2739-2747,共9页
为了获得具有高承载和吸能特性的新型多孔结构,提出了基于三周期极小曲面的空心多孔结构设计与力学性能分析方法。通过将不同水平参数的I-Wrapped Package(I-WP)型三周期极小曲面进行布尔运算,实现空心多孔结构设计,基于数值均匀化法评... 为了获得具有高承载和吸能特性的新型多孔结构,提出了基于三周期极小曲面的空心多孔结构设计与力学性能分析方法。通过将不同水平参数的I-Wrapped Package(I-WP)型三周期极小曲面进行布尔运算,实现空心多孔结构设计,基于数值均匀化法评估了空心多孔结构的等效属性,采用有限元法分析了空心多孔结构的静态力学性能,通过压缩实验分析了空心多孔结构的压缩和吸能特性。相对于I-WP型基础结构,I-WP型空心多孔结构具有更高的等效体积模量,在静态载荷下承载能力更强,在动态载荷下压缩和吸能特性更优。 展开更多
关键词 三周期极小曲面 空心多孔结构 力学性能 数值均匀化法 有限元
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TiO2 preparation by improved homogeneous precipitation and application in SCR catalyst 被引量:3
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作者 YAO Jie 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第9期2139-2145,共7页
Ultrasonic treatment and hydrothermal method were applied in the traditional homogeneous precipitation for nano-TiO_2 preparation, which was used as carrier material for the production of honeycomb selective catalytic... Ultrasonic treatment and hydrothermal method were applied in the traditional homogeneous precipitation for nano-TiO_2 preparation, which was used as carrier material for the production of honeycomb selective catalytic reduction(SCR) catalyst. The influence rules of the two improved methods on characterization of TiO_2 samples, denitration activity and mechanical strength of honeycomb SCR catalyst samples were mainly focused on. The results indicate that the specific surface area, particle size and uniformity of TiO_2 samples are significantly improved by both of the ultrasonic and hydrothermal treatments compared with the traditional homogeneous precipitation. Also, the denitration activities of catalyst samples are enhanced by the two improved methods(the NO_x reduction ratio increases from 88.89% to 95.45% by ultrasonic homogeneous precipitation process, and to 94.12% by hydrothermal homogeneous precipitation process). On the other hand, because of good spherical shape and high particle distribution of TiO_2 sample from hydrothermal homogeneous precipitation process, the corresponding honeycomb catalyst samples get the best mechanical strength, which is even higher than that of the reference sample from commercial nano-TiO_2. So, it is concluded that the hydrothermal homogeneous precipitation can be a feasible and effective preparation method of TiO_2 carrier for the honeycomb SCR catalyst production. 展开更多
关键词 NANO-TIO2 honeycomb SCR catalyst homogeneous precipitation ultrasonic treatment hydrothermal method
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