基于渐进结构法的散热通道构建技术 被引量：1

1

作者 张林森 丁晓红 熊敏 《通信电源技术》 2015年第2期13-16,共4页

针对高热流密度问题,基于渐进结构优化方法的基本原理,构建高效的散热通道。以热耗散最小为优化目标,建立传热结构数学优化模型;通过敏度计算,将低效单元逐步转换成低导热材料;以若干平面和三维薄壳结构的典型算例为对象,得出优化结果,... 针对高热流密度问题,基于渐进结构优化方法的基本原理,构建高效的散热通道。以热耗散最小为优化目标,建立传热结构数学优化模型;通过敏度计算,将低效单元逐步转换成低导热材料;以若干平面和三维薄壳结构的典型算例为对象,得出优化结果,并与密度法所得结果进行对比;结果表明,渐进结构优化方法不仅适用于平面结构,而且适用于三维薄壳结构的散热通道的构建。 展开更多

关键词 渐进结构法 散热通道 拓扑优化

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改进的双向渐进结构法的基本原理及应用

2

作者 段艳娇 《工程建设与设计》 2011年第S1期27-30,32,共5页

利用传统的渐进结构法(ESO)和双向渐进结构法(BESO)进行结构优化设计,可能会出现"网格依赖性""棋盘效应"以及解的不收敛等数值问题。论文阐述了一种改进的应用于刚度优化的双向渐进结构法,通过在计算单元灵敏度时引... 利用传统的渐进结构法(ESO)和双向渐进结构法(BESO)进行结构优化设计,可能会出现"网格依赖性""棋盘效应"以及解的不收敛等数值问题。论文阐述了一种改进的应用于刚度优化的双向渐进结构法,通过在计算单元灵敏度时引入"过滤策略"和"平均策略"可以很好地解决以上数值问题。阐述了其基本原理和具体步骤,并给出了一些算例来验证其正确性。 展开更多

关键词 结构优化 刚度优化 双向渐进结构法 过滤策略

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基于改进双向渐进结构优化法的钢节点拓扑优化研究

3

作者 汤朋山 杜文风 +2 位作者 李少龙 顾金超 高博青 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期991-997,共7页

为提升双向渐进结构优化法(BESO)优化钢结构节点时的计算效率,充分解决优化过程中存在的棋盘格和网格依赖现象,提出了一种改进双向渐进结构优化法SJ-BESO。该方法引入灵敏度滤波半径,对过滤半径范围内各个单元的灵敏度值进行加权处理,... 为提升双向渐进结构优化法(BESO)优化钢结构节点时的计算效率,充分解决优化过程中存在的棋盘格和网格依赖现象,提出了一种改进双向渐进结构优化法SJ-BESO。该方法引入灵敏度滤波半径,对过滤半径范围内各个单元的灵敏度值进行加权处理,并通过设置灵敏度阈值段确定元素的保留、删除或添加,同时引入收敛参数确保结构计算趋优的稳定性。通过钢牛腿节点算例将SJ-BESO与BESO进行对比分析,发现SJ-BESO有效提升了计算迭代效率并克服了棋盘格和网格依赖现象。再通过分叉节点算例将SJ-BESO与变密度法(SIMP)比较,表明SJ-BESO的优化方案材料利用效率更高。SJ-BESO适用于钢节点的拓扑优化,具有良好的计算效率和优化效果。 展开更多

关键词 双向渐进结构优化法 钢节点 灵敏度滤波 有限元分析 增材制造

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基于双向渐进结构优化法的机翼翼肋拓扑优化设计

4

作者 黄成磊 范庆明 +1 位作者 刘红军 喻伯牙 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1005-1010,共6页

太阳能无人机对自身结构质量的要求极为苛刻,而机翼作为太阳能无人机的重要组成部分,其质量占据了整体结构的绝大部分比重。因此,通常可对机翼结构进行优化设计,在满足结构强度的同时尽可能最大限度地降低机翼结构质量,进而提高无人机... 太阳能无人机对自身结构质量的要求极为苛刻,而机翼作为太阳能无人机的重要组成部分,其质量占据了整体结构的绝大部分比重。因此,通常可对机翼结构进行优化设计,在满足结构强度的同时尽可能最大限度地降低机翼结构质量,进而提高无人机的整体性能。以某大展弦比的太阳能无人机机翼为研究对象,利用双向渐进结构优化法,以机翼整体最小应变能为目标函数、翼肋体积分数为约束,对翼肋进行拓扑优化设计,根据单元应力大小对翼肋内部材料进行合理增删,并将优化后的翼肋进行重新设计,最终机翼整体质量下降了29.7%。结果表明:应用文中方法可以得到翼肋的最佳构型,有效提高了材料利用率,并且机翼结构质量大大降低,为太阳能无人机的轻量化研究提供了一定参考。 展开更多

关键词 机翼结构 太阳能无人机 双向渐进结构优化法 拓扑优化 翼肋减轻孔

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基于NURBS插值的三维渐进结构优化方法 被引量：6

5

作者 王选 祝雪峰 +1 位作者 胡平 盖赟东 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期536-542,共7页

提出一种基于等几何控制点密度变量的三维双向渐进结构拓扑优化方法。在当前列式下,高阶NURBS基函数被同时用于CAD模型中NURBS实体片的几何场、位移场和温度场以及密度场插值,实现了几何模型、分析模型和优化模型的有效统一,确保了位移... 提出一种基于等几何控制点密度变量的三维双向渐进结构拓扑优化方法。在当前列式下,高阶NURBS基函数被同时用于CAD模型中NURBS实体片的几何场、位移场和温度场以及密度场插值,实现了几何模型、分析模型和优化模型的有效统一,确保了位移场、温度场及密度场的高阶连续性;详细推导了基于等几何控制点密度变量的三维渐进结构法模型及其灵敏度分析列式;最后几个典型的数值算例,包括最小柔顺性、热传导优化问题及三维结构自由振动的基频最大化问题,验证了本文方法的有效性。 展开更多

关键词 拓扑优化 等几何分析 双向渐进结构法 三维结构 NURBS

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基于耗散极值原理的渐进结构成长方法

6

作者 宋宇 丁晓红 《上海理工大学学报》 北大核心 2017年第4期334-339,共6页

目前的传热通道设计普遍使用的是传统密度法,密度法有一个不被大家重视的问题就是伪密度问题.因为使用伪密度,每一个单元导热系数都不是真实存在的,当将这些单元筛选后,和真实值存在差异.针对此问题提出了基于火积耗散极值原理的渐进结... 目前的传热通道设计普遍使用的是传统密度法,密度法有一个不被大家重视的问题就是伪密度问题.因为使用伪密度,每一个单元导热系数都不是真实存在的,当将这些单元筛选后,和真实值存在差异.针对此问题提出了基于火积耗散极值原理的渐进结构优化方法,通过比较分析,采用以生长为主退化为辅的策略,整体火积耗散在3个不同算例下比密度法筛选后的结果分别小了14%,24%,9%,即先生长后退化的双向渐进结构优化方法在真实情况下是一种比传统密度法更优秀的优化方法. 展开更多

关键词 耗散极值 传热通道 渐进结构法 密度法

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基于改进的双向渐进结构优化法的应力约束拓扑优化 被引量：32

7

作者 王选 刘宏亮 +2 位作者 龙凯 杨迪雄 胡平 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第2期385-394,共10页

工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种... 工程结构设计时经常需要限制最大名义应力,以避免发生断裂或疲劳破坏,一个有效的策略是采用拓扑优化方法.常规的双向渐进结构优化法(bi-evolutionary structural optimization,BESO)不能有效求解应力约束拓扑优化问题,为此本文提出一种改进的双向渐进结构优化方法,处理体积和应力约束下的最小柔顺性问题.引入基于K-S函数的全局应力度量,以减小大量局部应力约束引起的计算代价.采用拉格朗日乘子法将应力约束函数引入到目标函数,然后由二分法确定合适的拉格朗日乘子的值使得应力约束得到满足.而且,详细推导了基于BESO方法的应力约束拓扑优化模型及其灵敏度列式,最后通过三个典型拓扑优化算例验证改进方法的有效性.为展示考虑应力约束的优点,将应力约束设计与传统的基于刚度的设计进行了比较.结果表明,改进的BESO方法优化迭代过程稳健,获得了边界灰度单元很少的清晰的拓扑构型,并实现了有效降低应力集中效应的设计. 展开更多

关键词 结构拓扑优化 应力约束 双向渐进结构优化法 拉格朗日乘子法 二分法

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声子晶体能带结构仿真的CS-FEM方法及其在拓扑优化设计中的应用

8

作者 赵跃 王刚 《河北工业大学学报》 CAS 2024年第1期1-10,共10页

针对声子晶体拓扑优化设计时能带结构和灵敏度计算效率低的缺陷,构造了一种Cell-based光滑有限元法模型(CS-FEM),并结合双向渐进结构优化法(BESO)实现了声子晶体的带隙最大化设计。基于四边形单元构造光滑子域,将梯度光滑技术与Bloch定... 针对声子晶体拓扑优化设计时能带结构和灵敏度计算效率低的缺陷,构造了一种Cell-based光滑有限元法模型(CS-FEM),并结合双向渐进结构优化法(BESO)实现了声子晶体的带隙最大化设计。基于四边形单元构造光滑子域,将梯度光滑技术与Bloch定理结合,构建了声子晶体能带结构计算的CS-FEM数值模型,并将其用于正问题的仿真模拟。在渐进优化准则下,通过BESO算法完成了声子晶体的优化设计。数值算例表明:CS-FEM能够适当软化离散系统的刚度,提供更加准确、高效的能带结构仿真结果;基于CS-FEM进行正问题的计算,在优化设计中得到了最优的拓扑构型,并有效地提高了优化效率,对于实现声子晶体的高效设计具有重要的参考价值。 展开更多

关键词 声子晶体 拓扑优化 光滑有限元法 梯度光滑技术 双向渐进结构优化法

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基于双向渐进结构优化方法的泵车支腿拓扑优化

9

作者 王敏捷 罗宇 《建设机械技术与管理》 2011年第4期132-136,共5页

以有限元软件ANSYS为平台进行二次开发,实现基于名义应变能密度的双向结构渐进优化法。将以最大应力为约束、以重量最小为目标的双向结构优化方法应用到泵车后支腿的轻量化设计中。得到较好的优化结果。结果表明,双向渐进结构优化法能... 以有限元软件ANSYS为平台进行二次开发,实现基于名义应变能密度的双向结构渐进优化法。将以最大应力为约束、以重量最小为目标的双向结构优化方法应用到泵车后支腿的轻量化设计中。得到较好的优化结果。结果表明,双向渐进结构优化法能够用于指导箱型结构轻量化设计。 展开更多

关键词 泵车 支腿 双向渐进结构优化法 过滤算法 轻量化

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基于双向渐进结构优化法的油茶籽脱壳机辊筒的拓扑优化设计

10

作者 李明真 薛强 李洋 《中国油脂》 CAS CSCD 北大核心 2019年第2期147-152,160,共7页

辊筒是油茶籽脱壳机中的关键部件,辊筒的设计水平对脱壳机脱壳的质量与产量起到关键作用。对于目前存在的辊筒质量偏重、转动惯量过大的设计问题,应用双向渐进结构优化法(BESO)设计辊筒的新结构。对油茶籽脱壳机的辊筒建立了结构拓扑优... 辊筒是油茶籽脱壳机中的关键部件,辊筒的设计水平对脱壳机脱壳的质量与产量起到关键作用。对于目前存在的辊筒质量偏重、转动惯量过大的设计问题,应用双向渐进结构优化法(BESO)设计辊筒的新结构。对油茶籽脱壳机的辊筒建立了结构拓扑优化的数学模型,使用Abaqus进行了仿真实验,编写Python优化程序对模型进行了结构优化。根据优化结果结合仿真实验设计出了新辊筒。在同样载荷约束下,通过对比优化前后两种辊筒的应力与位移,新辊筒的应力分布更加均匀,新辊筒在强度、刚度允许的前提下,其体积、质量比原辊筒减少了37. 2%,降低了辊筒的材料成本;转动惯量减小31. 8%,使其启动和制动时间更短,同时可以选择功率更小的电机,有效减少了整机耗电量。该方法为后续辊筒的设计提供了新的思路。 展开更多

关键词 双向渐进结构优化法 油茶籽脱壳机 有限元模型

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燃气涡轮发动机压气机轮盘拓扑优化设计方法 被引量：8

11

作者 林旭斌 黄生勤 洪杰 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期830-837,共8页

为填补国内发动机设计体系初始阶段的不足,基于渐进结构法建立了一套适用于燃气发动机压气机转子轮盘的拓扑优化设计方法,充分考虑工程需求,对优化过程中可能出现的主结构断裂、封闭环腔结构问题,以及优化过程不可逆的缺陷,分别提出了... 为填补国内发动机设计体系初始阶段的不足,基于渐进结构法建立了一套适用于燃气发动机压气机转子轮盘的拓扑优化设计方法,充分考虑工程需求,对优化过程中可能出现的主结构断裂、封闭环腔结构问题,以及优化过程不可逆的缺陷,分别提出了限定全局与优化子步中可优化域、人为控制优化进程等应对措施。以轮缘径向位移协调为目标的算例表明,该方法有效提高了轮盘处内流道的保形效果,具有流程可行性与结果有效性,从而具备良好的工程实用性。 展开更多

关键词 燃气涡轮发动机 压气机轮盘 结构设计 渐进结构法 拓扑优化

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载荷不确定的周期性结构稳健拓扑优化 被引量：7

12

作者 付志方 王春洁 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期747-753,共7页

提出了一种考虑周期性几何约束的结构稳健拓扑优化设计方法。针对线弹性体结构,提出了载荷不确定性条件下周期性结构稳健拓扑优化模型;推导了周期性结构柔度均值与方差的敏度数表达式,并基于软删双向渐进结构优化法提出了载荷不确定性... 提出了一种考虑周期性几何约束的结构稳健拓扑优化设计方法。针对线弹性体结构,提出了载荷不确定性条件下周期性结构稳健拓扑优化模型;推导了周期性结构柔度均值与方差的敏度数表达式,并基于软删双向渐进结构优化法提出了载荷不确定性条件下的周期性结构稳健拓扑优化设计方法。2个不同约束条件下的实例表明:本文提出的优化模型稳定性较好;考虑载荷不确定性得到的结构与确定性载荷下得到的结构有很大的区别,且稳健性优化设计得到的结构更加稳定。 展开更多

关键词 周期性 稳健性 拓扑优化 载荷不确定性 渐进结构优化法

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太阳能飞机翼肋结构拓扑优化设计 被引量：5

13

作者 张碧辉 李洪波 辛树鹏 《航空工程进展》 CSCD 2015年第1期105-109,共5页

太阳能飞机翼肋结构轻薄且数量众多,其结构形式的合理性对于结构减重、机翼刚度设计等具有重要意义。基于现有太阳能飞机翼肋的结构形式,提出一种翼肋拓扑优化设计方法:首先,应用双向渐进结构优化法(BESO),以单元应力为判断指标,对太阳... 太阳能飞机翼肋结构轻薄且数量众多,其结构形式的合理性对于结构减重、机翼刚度设计等具有重要意义。基于现有太阳能飞机翼肋的结构形式,提出一种翼肋拓扑优化设计方法:首先,应用双向渐进结构优化法(BESO),以单元应力为判断指标,对太阳能飞机典型翼肋进行结构拓扑优化;其次,基于拓扑优化结果对翼肋进行结构细节设计;最后,通过有限元计算,验证翼肋的结构强度、刚度和静稳定性。通过本文方法,能够得到太阳能飞机翼肋更为合理的结构布局。 展开更多

关键词 太阳能飞机 翼肋 渐进结构优化法 拓扑优化

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基于拓扑优化的油船货舱结构设计研究 被引量：16

14

作者 邱伟强 杨德庆 +1 位作者 高处 孙利 《船舶》 2016年第5期1-11,共11页

研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓... 研究油船货舱结构拓扑优化设计和普通构件级结构拓扑优化设计的不同点:如设计变量数目多、约束条件多、计算工况多以及计算工况之间应变能差异等。为使普通计算机也能运行舱段结构拓扑优化计算并得到清晰拓扑构型的结果,有必要对舱段拓扑优化设计的优化对象、单元类型、初始板厚、工具方法、约束条件、体积分数、工况加权权值等主要控制参数进行研究。文中给出工程上适用的舱段拓扑优化基结构建模方法和计算方法,并以某一单纵舱壁型VLCC为例,分别采用SIMP法和BESO法给出舱段主要支撑结构拓扑优化的清晰构型。 展开更多

关键词 拓扑优化 各向同性固体微结构法 双向渐进结构优化法 单纵舱壁型VLCC 主要支撑结构 共同结构规范

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基于加权几何平均迭代的改进BESO法 被引量：3

15

作者 余威 韩艳彬 +1 位作者 种永刚 鲁世红 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期416-421,共6页

为了解决传统双向渐进结构优化法中存在迭代历程易出现局部振荡现象、算法效率低的问题,提出了一种基于加权几何平均迭代的改进双向渐进结构优化法。通过研究当前迭代步灵敏度权重因子和历史迭代步敏度权重因子对结构优化过程的影响程度... 为了解决传统双向渐进结构优化法中存在迭代历程易出现局部振荡现象、算法效率低的问题,提出了一种基于加权几何平均迭代的改进双向渐进结构优化法。通过研究当前迭代步灵敏度权重因子和历史迭代步敏度权重因子对结构优化过程的影响程度,与当前迭代步敏度权重因子对应的迭代历程变化趋势,实现了最优当前迭代步敏度权重因子的优化选择。3个经典算例验证了较原生过滤法与基于算术平均的过滤法两种处理方法,本文方法在保持了同等刚度的同时,减轻了迭代历程的震荡程度,显著提高了迭代的稳定性,减少了迭代次数,效率提高了10%~37.5%,说明该方法的可行性与有效性。 展开更多

关键词 双向渐进结构优化法 均化处理 加权几何平均 权重因子

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基于有限元法的接触网腕臂截面拓扑优化分析 被引量：1

16

作者 李少鹏 《电气化铁道》 2022年第2期17-20,共4页

建立接触网腕臂结构数学模型,利用有限元法校核模型的静刚度、静强度;利用拓扑优化原理对结构断面进行优化计算,得出在基本不改变结构刚度的前提下结构断面的最优化形式,该优化形式可减轻腕臂结构重量。本文可为项目建设和运营维护成本... 建立接触网腕臂结构数学模型,利用有限元法校核模型的静刚度、静强度;利用拓扑优化原理对结构断面进行优化计算,得出在基本不改变结构刚度的前提下结构断面的最优化形式,该优化形式可减轻腕臂结构重量。本文可为项目建设和运营维护成本缩减及自主研发接触网腕臂系统提供新的设计思路。 展开更多

关键词 有限元法 渐进结构优化法 单元生死 腕臂结构 拓扑优化

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考虑疲劳性能的驾驶室拓扑优化设计 被引量：1

17

作者 高云凯 张锁 袁泽 《汽车工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期468-476,450,共10页

针对某重型货车驾驶室台架疲劳试验出现破坏问题,提出了以疲劳寿命最大化为目标的双向渐进结构优化方法(FA-BESO)。首先,进行驾驶室的台架试验,找到驾驶室疲劳薄弱位置。进一步推导单元低周疲劳分析的灵敏度,以此值作为单元删减依据,通... 针对某重型货车驾驶室台架疲劳试验出现破坏问题,提出了以疲劳寿命最大化为目标的双向渐进结构优化方法(FA-BESO)。首先,进行驾驶室的台架试验,找到驾驶室疲劳薄弱位置。进一步推导单元低周疲劳分析的灵敏度,以此值作为单元删减依据,通过对有限元软件进行二次开发来实现连续体结构的FA-BESO。接着,通过标准算例验证了此方法的有效性。最后,为提高优化效率,建立驾驶室的梁骨架简化模型,并验证了简化模型对于疲劳破坏位置具有良好预测性,将该算法运用到A柱加强板的考虑疲劳性能的拓扑优化中,优化结果表明,驾驶室的疲劳寿命可比优化前提高2倍,验证了FA-BESO提高驾驶室疲劳寿命的可行性。 展开更多

关键词 驾驶室 疲劳分析 拓扑优化 双向渐进结构法

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轻质多材料重载自动引导车总成优化设计 被引量：2

18

作者 孙鸿 李启慧 +1 位作者 傅海龙 彭浩 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期236-244,共9页

自动引导车(AGV)在智能制造高速发展的过程中逐渐呈现大型化、重载化的趋势,关键承载部件的优化设计能够显著降低重载AGV的重量及运行时的能耗,直接降低其制造及使用成本。本研究使用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为轻质材料,针对8... 自动引导车(AGV)在智能制造高速发展的过程中逐渐呈现大型化、重载化的趋势,关键承载部件的优化设计能够显著降低重载AGV的重量及运行时的能耗,直接降低其制造及使用成本。本研究使用碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)作为轻质材料,针对80 t级标准平台AGV关键承载部件从材料到结构进行总成优化设计。首先,使用双向渐进结构法(BESO)拓扑优化车架及舵轮安装板,采用单元灵敏度过滤技术消除细小的分叉结构,得到了适合实际制造的优化结构。然后,制备不同层数及编织方向的CFRP试样,进行拉伸及面内剪切实验,获得CFRP的力学性能参数。随后,优化复合材料层合板的铺层角度,仿真结果表明,复合材料优化后的铺层角度为[–12/33/55/–68](从下至上铺层角度依次为–12°、33°、55°、–68°),使多层材料面内最大Mises应力和位移分别降低了25.79%和9.95%。最后,针对车身进行有限元分析。研究结果表明:优化设计使重载AGV重量明显降低,新结构在未大幅提升最大Mises应力与位移的前提下,总重量降低21.79%,其中,舵轮安装板采用角度优化后的CFRP铺层组,其重量仅为优化前的8.83%。模态分析表明,新结构的前6阶特征频率在核定工况范围内随着载荷增加呈减速下降的趋势,满载情况下在61.95~109.75 Hz之间变化平稳。研究为实现重载AGV的低能耗、轻量化及低成本制造提供一定的参考。 展开更多

关键词 重载自动引导车 双向渐进结构法 拓扑优化 碳纤维复合材料

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