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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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Gantry optimization of the Shanghai Advanced Proton Therapy facility 被引量:1
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作者 吴军 杜涵文 +3 位作者 薛松 潘家珍 杜月斐 龙亚文 《Nuclear Science and Techniques》 SCIE CAS CSCD 2015年第4期17-21,共5页
A proton therapy system is a large medical device to treat tumors.Its gantry is of large structure and high precision.A new half-gantry was designed in the Shanghai Advanced Proton Therapy(SAPT)project.In this paper,t... A proton therapy system is a large medical device to treat tumors.Its gantry is of large structure and high precision.A new half-gantry was designed in the Shanghai Advanced Proton Therapy(SAPT)project.In this paper,the weight of gantry in design is reduced significantly by size and structure optimizations,to improve its cost-effectiveness,while guaranteeing the functions and precision.The processes of physics optimization,empirical design optimization,topological optimization and size optimization,together with factors of consideration,are described.The gantry weight is reduced by 30%,with the same precision. 展开更多
关键词 设计优化 龙门式 上海市 治疗 质子 装置 大型医疗设备 工程设计
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ICM Method Combined with Meshfree Approximation for Continuum Structure
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作者 龙凯 左正兴 +1 位作者 肖涛 Rehan H.Zuberi 《Journal of Beijing Institute of Technology》 EI CAS 2010年第3期279-285,共7页
The independent continuous mapping(ICM) method is integrated into element free Galerkin method and a new implementation of topology optimization for continuum structure is presented.To facilitate the enforcement of ... The independent continuous mapping(ICM) method is integrated into element free Galerkin method and a new implementation of topology optimization for continuum structure is presented.To facilitate the enforcement of the essential boundary condition and derivative of various sensitivities,a singular weight function in element free Galerkin method is introduced.Material point variable is defined to illustrate the condition of material point and its vicinity instead of element or node.The topological variables field is constructed by moving least square approximation which inherits the continuity and smoothness of the weight function.Due to reciprocal relationships between the topological variables and design variables,various structural responses sensitivities are derived according to the method for calculating the partial derivatives of compound functions.Numerical examples indicate that checkerboard pattern and mesh-dependence phenomena are overcome without additional restriction methods. 展开更多
关键词 topology optimization independent continuous mapping method continuum structure meshfree method moving least square approximation
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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
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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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农用无人机结构拓扑优化与增材制造研究
6
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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设备列车自移与起重机构的结构设计与优化
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作者 郝志勇 胡子豪 +1 位作者 熊华涛 刘伟 《煤》 2025年第1期78-84,共7页
为了有效地提高煤矿的生产效率,减少工人的劳动强度,免去设备列车拉移过程的轨道安装和拆卸工序,确保井下辅助运输安全,实施综采工作面的自动化、高效开采,设备列车安全高效运行,文章使用自顶向下、逐步求精的程序设计方法,结合现有的... 为了有效地提高煤矿的生产效率,减少工人的劳动强度,免去设备列车拉移过程的轨道安装和拆卸工序,确保井下辅助运输安全,实施综采工作面的自动化、高效开采,设备列车安全高效运行,文章使用自顶向下、逐步求精的程序设计方法,结合现有的大型设备提升机构,采用新的结构整体布置形式,设计了一种设备与轨道在大坡度巷道中的大步距交替自动前移,且能自主调偏的设备列车自移机构,以及一种能够随综采工作面的前移而前进的设备列车起重机构;并且对设备列车的平板车架与起重机构的支撑立柱进行拓扑优化设计,优化后平板车架与支撑立柱的质量分别降低了11.17%和12.84%,达到了机构轻量化设计要求。 展开更多
关键词 煤矿开采 自移列车 起重机构 结构设计 拓扑优化
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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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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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考虑破损-安全的混凝土空箱结构拓扑优化方法研究
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作者 徐鹏飞 王丽 +2 位作者 黎祎 赵二峰 卢太奇 《水利科技与经济》 2025年第2期6-11,共6页
采用拓扑优化进行工程设计受到广泛关注,引入考虑破损-安全的基于ICM和对偶模型的连续体结构拓扑优化方法,对混凝土空箱结构进行优化设计。首先基于ICM和对偶模型建立拓扑优化数学模型,对混凝土结构进行拓扑优化设计;然后制作拓扑优化... 采用拓扑优化进行工程设计受到广泛关注,引入考虑破损-安全的基于ICM和对偶模型的连续体结构拓扑优化方法,对混凝土空箱结构进行优化设计。首先基于ICM和对偶模型建立拓扑优化数学模型,对混凝土结构进行拓扑优化设计;然后制作拓扑优化后的混凝土空箱结构试件,对单轴压缩过程中的应变进行测量,并开展空箱试件的数值模拟分析。物理试验与数值模拟结果对比分析表明,拓扑结构应变行为和荷载应变密度变化规律基本一致,该拓扑优化方法能够在有效避免最优构型的结构频率敏感于局部破损的前提下有效减小混凝土体积,达到节省工程建设投资的目的。 展开更多
关键词 空箱结构 拓扑优化 ICM法 数值模拟 物理试验
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基于拓扑优化的井下大范围打捞筒工具研发与试验
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作者 高鹏阳 李勇 《石油矿场机械》 2025年第2期30-38,共9页
针对现有落鱼打捞工具,打捞范围小、更换频繁及现场打捞效率低的问题,设计了一种大范围打捞筒工具,提高打捞效率,降低使用成本。采用拓扑优化理论对常规篮瓦式打捞筒进行受力分析,以φ206 mm打捞筒和φ139.7 mm落鱼为研究对象,优化设计... 针对现有落鱼打捞工具,打捞范围小、更换频繁及现场打捞效率低的问题,设计了一种大范围打捞筒工具,提高打捞效率,降低使用成本。采用拓扑优化理论对常规篮瓦式打捞筒进行受力分析,以φ206 mm打捞筒和φ139.7 mm落鱼为研究对象,优化设计新型大范围打捞筒工具,并开展室内和现场试验进行验证。工具室内试验在特定试验台架上进行抗拉、抗扭、极限性能及打捞范围适用性测试;现场试验在中海油服新疆作业支持基地进行,验证工具打捞作业应用效果。结果表明,优化后的大范围打捞工具在拉力800 kN和转矩15 kN·m试验参数下,篮瓦和落鱼咬合稳定;在拉力1500 kN极限工况测试中,篮瓦内齿出现崩齿与明显磨损;该工具能满足±3 mm打捞范围要求,篮瓦咬合落鱼牢固,接触表面无滑移和明显损伤。大范围打捞筒工具结构合理,作业效率是常规打捞筒工具的3倍,为现场打捞作业提供了技术支撑。 展开更多
关键词 打捞筒 拓扑优化 结构优化 落鱼 试验
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热像仪的光轴热稳定性仿真及拓扑优化研究 被引量:2
12
作者 李晶 董树林 +4 位作者 金宁 杨开宇 杨丹 徐曼 普龙 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期94-100,共7页
热成像仪由于工作环境较为恶劣,且自身发热量较大,容易导致热像仪光轴发生热偏移,严重影响其瞄准性能。为了提高红外热像仪的光轴热稳定性,以某型热像仪光轴敏感部件——折转镜为主要研究对象,研究其在不同环境温度条件下的光轴变化情况... 热成像仪由于工作环境较为恶劣,且自身发热量较大,容易导致热像仪光轴发生热偏移,严重影响其瞄准性能。为了提高红外热像仪的光轴热稳定性,以某型热像仪光轴敏感部件——折转镜为主要研究对象,研究其在不同环境温度条件下的光轴变化情况,并通过构建折转镜的有限元仿真模型以及试验测试系统,获得与试验数据一致性较好的有限元模型;以此为基础,采用基于变密度法的拓扑优化仿真技术,以刚度最大化为设计目标,以体积分数为约束,对折转镜座进行了拓扑优化设计。通过试验测试得出,优化设计的折转镜座的光轴高温偏移量由46.1″减小到25.5″,减小了44.7%,折转镜座的光轴低温偏移量由92.9″减小到51.0″,减小了45.1%,极大地提高了折转镜的光轴热稳定性。最后,将优化后的折转镜安装到某型热像仪中进行整机试验测试,热像仪整机的高温光轴偏移量由0.461 mrad减小到0.340 mrad,下降了26.2%,低温光轴偏移量由0.485 mrad减小到0.296 mrad,下降了39.0%,证明了仿真与拓扑优化模型的可行性与有效性,为后续红外热像仪整机的轻量化设计与性能提升奠定了基础。 展开更多
关键词 结构设计 拓扑优化 红外热像仪 折转镜 光轴热稳定性
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节点拓扑变量非耦合映射的ICM方法
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作者 彭细荣 隋允康 郑勇刚 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2468-2481,共14页
文章提出了节点拓扑变量一种非耦合映射的ICM方法,对于结构拓扑优化问题予以建模和求解:首先将基结构划分为由较小单元组成的网格,取节点独立、连续的拓扑变量,建立了一种双线性形函数插值的变量非耦合映射,替代了单元独立连续拓扑变量... 文章提出了节点拓扑变量一种非耦合映射的ICM方法,对于结构拓扑优化问题予以建模和求解:首先将基结构划分为由较小单元组成的网格,取节点独立、连续的拓扑变量,建立了一种双线性形函数插值的变量非耦合映射,替代了单元独立连续拓扑变量,使单元的“有”或“无”连续化近似,实现了节点拓扑变量过滤识别与物理量的单元内插值,推导建立了节点拓扑设计变量的优化模型,采用基于变量可分离的二阶对偶规划算法求解,并且改进了最优拓扑构型的圆整技术.接着以常见的位移约束下结构重量(或体积)极小拓扑优化问题为例,演示了上述建模及求解过程.最后分别给出了单载荷工况和多载荷工况下的位移约束拓扑优化的算例,数值计算结果验证了本方法的有效性.研究有如下优点:克服了以往基于单元拓扑变量研究的缺陷,即最优结构边界为锯齿形,得到的最优结构的拓扑边界光滑清晰;给出了节点拓扑变量和单元拓扑函数场定义,提炼出构造该场必须遵循的5点准则,克服了节点拓扑ICM方法有关研究中存在的不足;得到节点设计变量不再是耦合关系,可以方便地求出结构物理量的二阶导数,从而利用变量可分离对偶优化算法进行高效的寻优;研究成果不仅丰富了ICM方法的内涵,推动了其发展,而且对变密度的节点拓扑方法也有参考的裨益. 展开更多
关键词 结构拓扑优化 ICM方法 变量非耦合 节点拓扑变量
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多胞薄壁结构优化及结构参数对耐撞性影响分析
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作者 林启权 刘雯婷 +3 位作者 王凯 董文正 王镇柱 贺礼财 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第16期60-66,110,共8页
为提高多胞薄壁结构的轴向耐撞性,基于动态拓扑优化得到薄壁结构在轴向冲击下的最优截面构型,设计了一种混合多胞薄壁结构(mixed multicellular thin-walled structure, MMTS)。运用有限元方法,对比了混合多胞薄壁结构与基于经验设计的... 为提高多胞薄壁结构的轴向耐撞性,基于动态拓扑优化得到薄壁结构在轴向冲击下的最优截面构型,设计了一种混合多胞薄壁结构(mixed multicellular thin-walled structure, MMTS)。运用有限元方法,对比了混合多胞薄壁结构与基于经验设计的窗型多胞结构及仿生树状分形结构在轴向冲击下的耐撞性能。为了进一步提高材料利用率,以结构尺寸为设计变量进行多目标优化。在此基础上,对结构进行水平截面一次变壁厚分析,获得耐撞性能随壁厚的变化趋势。研究结果表明:混合多胞薄壁结构相比等质量窗型多胞结构、树状分形结构耐撞性能大幅提高;与初始设计的MMTS相比,优化后比吸能增加了45.78%,质量降低7.14%,吸能过程更平稳。 展开更多
关键词 薄壁结构 轴向耐撞性 动态拓扑优化 多目标优化
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基于“指节”驱动刚柔耦合式变弯度机翼后缘结构的设计方法 被引量:1
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作者 葛文杰 朱楠楠 +3 位作者 丁世聪 张驰 王成民 蒋友 《航空科学技术》 2024年第5期82-92,共11页
利用刚性机构驱动的变形翼,蒙皮易出现不光滑变形的现象,而用柔顺机构设计的变形翼,虽蒙皮曲线光滑,飞机的稳定性和机动性增强,但难以满足变形与承载双重优化。为此,基于“指节”驱动式仿生刚柔耦合的设计思想,本文设计了一种瓦特I型六... 利用刚性机构驱动的变形翼,蒙皮易出现不光滑变形的现象,而用柔顺机构设计的变形翼,虽蒙皮曲线光滑,飞机的稳定性和机动性增强,但难以满足变形与承载双重优化。为此,基于“指节”驱动式仿生刚柔耦合的设计思想,本文设计了一种瓦特I型六杆驱动的变弯度机翼后缘三“指节”刚性机构,并建立了可承受气动载荷和光滑变形的柔顺机构拓扑优化方法。先设计了一种由单电机驱动的瓦特I型六杆操控机构,再改进了“指节”式驱动下变形翼后缘的变密度拓扑优化方法,后求解并给出了一种具有三“指节”式杆驱动特点的变弯度后缘柔顺驱动机构,最后对优化模型进行了刚柔体动力学、空气动力学以及流固耦合仿真,并搭建了试验平台和样机模型,对柔性变形翼的可行性及其设计方法有效性进行论证,结果表明该机翼可以光滑、连续地大变形,同时又具有较强的承载能力。 展开更多
关键词 刚柔耦合 柔顺机构 拓扑优化 变形翼 流固耦合
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基于拉压杆模型的装配式混凝土挡墙结构设计方法
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作者 蔡建国 钱润民 +1 位作者 陈中向 冯健 《东南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期639-646,共8页
为了研究装配式混凝土箱体挡墙结构在水压力和土压力共同作用下的受力机理,提出了一种基于拉压杆模型的装配式混凝土挡墙结构设计方法.以体积和应变能为优化目标,采用Tosca软件对数值模拟得到的主要受力骨架进行拓扑优化.构建拉压杆模型... 为了研究装配式混凝土箱体挡墙结构在水压力和土压力共同作用下的受力机理,提出了一种基于拉压杆模型的装配式混凝土挡墙结构设计方法.以体积和应变能为优化目标,采用Tosca软件对数值模拟得到的主要受力骨架进行拓扑优化.构建拉压杆模型,结合箱体挡墙结构的破坏机理,分析并推导出侧墙受压、临水面挡墙和集束连接受拉3种主要破坏模式的承载力公式.实际工程对比分析结果表明:进行900次模型优化后,优化形态和应变能基本保持不变;基于拉压杆模型的装配式混凝土箱体挡墙结构的承载能力低于规范值和有限元模拟值,但误差均保持在16%范围内,从而验证了该方法的合理性. 展开更多
关键词 装配式混凝土箱体挡墙结构 受力机理 数值模拟 拓扑优化 拉压杆模型
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基于渐进结构优化的竹结构设计及静力试验研究
17
作者 张鹄志 罗文亨 +2 位作者 冷建波 朱原 夏雪姣 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期778-785,共8页
为推动竹结构的发展,展开基于拓扑优化的竹结构设计新方法开发及相应的静力对比试验研究。首先,探讨了运用渐进结构优化指导竹结构设计的系统性方法;然后结合工程实例,选用面向承压型结构和受拉型结构进化的两种优化可行域,分别开展双... 为推动竹结构的发展,展开基于拓扑优化的竹结构设计新方法开发及相应的静力对比试验研究。首先,探讨了运用渐进结构优化指导竹结构设计的系统性方法;然后结合工程实例,选用面向承压型结构和受拉型结构进化的两种优化可行域,分别开展双车道桥梁结构优化设计并完成静力对比试验。结果表明:基于优化设计的桥梁结构与Michell型桁架结构较吻合,同体积下结构刚度显著高于经验设计构件;在正常使用状态下,承压型的拓扑拱结构刚度约为受拉型的拓扑悬索结构的3倍,但承载力相较略低。可见,基于渐进结构优化的新设计方法,可以针对不同的承载力和刚度设计要求,构建合适的优化可行域以指导设计出不同的方案,为工程竹结构提供了一种可自动化分析计算的最优化设计方法。 展开更多
关键词 竹结构 拓扑优化 结构设计 桥梁结构 拱结构 悬索结构
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动车前端承载结构拓扑优化及车体动态承载极限分析
18
作者 陈秉智 孟飞 +1 位作者 秦睿贤 于洋 《大连交通大学学报》 CAS 2024年第4期47-54,共8页
使用OptiStruct软件,对车体前端承载结构进行拓扑优化,以体积分数为约束,以最小应变能作为优化目标,通过优化结果对车体前端骨架结构进行重新排布。对优化后的车体在车钩安装座、前端吸能结构及防爬器三个不同位置加载,完成刚性墙对车... 使用OptiStruct软件,对车体前端承载结构进行拓扑优化,以体积分数为约束,以最小应变能作为优化目标,通过优化结果对车体前端骨架结构进行重新排布。对优化后的车体在车钩安装座、前端吸能结构及防爬器三个不同位置加载,完成刚性墙对车体冲击过程仿真。对车体在冲击过程中冲击力-时间曲线和不同时刻应力分布进行分析,得到车体弱刚度区域,通过应力变化临界点确定车体承载极限。对弱刚度区域不同组件的能量-时间曲线与上述承载极限结果进行验证。结果表明,优化后车体前端刚度大幅提升;在车体承载极限内,不同位置加载对车体承载极限影响较小;通过弱刚度区域各不同组件的能量-时间曲线可以准确地找到车体承载极限达到临界点的时刻,为车体动态承载极限提供数据分析。 展开更多
关键词 车体前端承载结构 拓扑优化 动态承载极限 弱刚度区域
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增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法 被引量:1
19
作者 尤熙雯 高彤 张卫红 《航空工程进展》 CSCD 2024年第1期23-29,50,共8页
应急保障和战时抢修是增材制造技术发展的重要方向之一,也给面向增材制造的结构优化设计提出了新的挑战。为了实现异种材料原位替换件的构型设计,提出增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法,并以机用散热风扇为例开展应用研究。通过分析... 应急保障和战时抢修是增材制造技术发展的重要方向之一,也给面向增材制造的结构优化设计提出了新的挑战。为了实现异种材料原位替换件的构型设计,提出增材制造损坏替换件拓扑优化设计方法,并以机用散热风扇为例开展应用研究。通过分析散热风扇服役环境和战时抢修需求,在变密度方法框架下建立结构总质量和转动惯量控制在原件数据附近小范围以内、以结构整体柔顺度最小化为目标的拓扑优化问题列式,并完成灵敏度分析公式推导。从拓扑优化结果及其重构模型的仿真数据可知:散热风扇替换件拓扑优化结果收敛性好、满足所有设计要求,重构方案满足增材制造工艺性要求,验证了本文设计方法的有效性。 展开更多
关键词 拓扑优化 增材制造 损坏结构 替换件 应急保障
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基于拓扑优化方法的蛛网散热结构均温性研究 被引量:1
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作者 张坎 付婷 王江波 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1721-1730,共10页
仿生蛛网散热结构在高热流密度芯片散热方面有着广泛的应用,但仍然存在散热结构温度分布不均的问题。为进一步提升蛛网散热结构的温度均匀性,提出利用变密度拓扑优化方法对蛛网结构进行优化设计。以设计域温度方差最低为目标函数,采用... 仿生蛛网散热结构在高热流密度芯片散热方面有着广泛的应用,但仍然存在散热结构温度分布不均的问题。为进一步提升蛛网散热结构的温度均匀性,提出利用变密度拓扑优化方法对蛛网结构进行优化设计。以设计域温度方差最低为目标函数,采用霍尔姆兹密度过滤保证求解的数值稳定性,采用双曲正切投影保证清晰的流道形态,通过分析不同进出口布置和不同设计域形状下得到的拓扑流道的传热性能,发现多入口多出口且交错布置的方式能有效提高拓扑流道的均温性,且设计域边数在十以内其拓扑流道均温性呈上升趋势。最后,通过有限元分析的方法,对传统结构M1和不同设计域边数的三维拓扑重构结构M2、M3进行模拟仿真。结果表明,设计域边数为十的M3温度均匀性优于传统通道M1和设计域边数为六的M2,在Re=1800时,M3热阻相比于M1降低了18.48%,热源面温差相比于M1降低了25%,综合传热性能评价因子PEC值达到1.22。本研究提出并验证了拓扑优化方法在提升蛛网散热结构均温性方面的有效性,有助于推动拓扑优化方法在散热结构上的应用。 展开更多
关键词 蛛网结构 拓扑优化 数值模拟 均温性
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