水平集拓扑优化方法的改进

基于水平集方法和形状灵敏度分析，采用梯度法实现了柔性目标函数的拓扑优化设计。该方法通过隐含边界水平集方程诱导几何边界演化，引入最大剪应力准则构造拓扑结构。算例表明，采用该方法可以避免拓扑优化过程对初始拓扑结构的依赖性，可以弥补水平集优化方法不能开新孔的缺陷。故该方法在复杂结构和模具优化设计中具有重要意义。     

统一强度双向渐进结构拓扑优化方法

在传统渐进结构优化方法基础上,采用统一强度理论提出了一种对各种性能工程材料普遍适用的统一强度双向渐进结构拓扑优化方法。该方法既可以对各向同性材料进行拓扑优化,也可以对实际工程中普遍存在的各向异性材料进行拓扑优化。算例表明,该方法不但适用于土建工程等脆性材料结构拓扑优化设计,而且在各向异性材料加工和模具设计领域具有广泛用途。     

统一强度双向渐进结构拓扑优化方法

在传统渐进结构优化方法基础上,采用统一强度理论提出了一种对各种性能工程材料普遍适用的统一强度双向渐进结构拓扑优化方法.该方法既可以对各向同性材料进行拓扑优化,也可以对实际工程中普遍存在的各向异性材料进行拓扑优化.算例表明,该方法不但适用于土建工程等脆性材料结构拓扑优化设计,而且在各向异性材料加工和模具设计领域具有广泛用途.     

基于拓扑和尺寸组合优化的ATV车身轻量化研究

针对车身结构在概念设计阶段出现的拓扑优化结果不连续,结构优化设计周期时间长等问题,基于optistruct优化软件,提出一种拓扑和尺寸组合优化模型.该模型可以同时进行尺寸优化和拓扑优化设计,得到车身蒙皮优化尺寸和最优的车身骨架加载路径,同时缩短了结构的概念设计阶段的设计周期.以ATV车身的结构优化设计为研究对象,对比优化前后的分析结果,在不降低结构性能的前提下优化后的结构减重105.5kg,验证了该方法的可行性.     

结构抗疲劳可靠性的水平集拓扑优化

利用应力-强度干涉理论,对结构的概率疲劳和非概率疲劳强度可靠性进行了分析,构建了以结构柔度最小为目标函数、以体积比和疲劳可靠性为约束的连续体结构拓扑优化设计模型．优化前对概率和非概率的疲劳可靠性约束进行了等价显式化处理,使得优化过程形式简单,减少了计算量．利用水平集方法进行了结构拓扑优化．两个算例的结果显示了文中优化设计模型的合理性和方法的有效性．     

注塑机后模板顺序优化设计研究

为了有效地降低注塑机模板的重量，提出了从高层次拓扑优化到底层次参数化优化的顺序优化设计方法.该方法基于拓扑优化设计以及参数化优化设计理论，运用密度方法建立结构的拓扑优化数学模型，用优化准则(OC)法对拓扑优化问题进行求解，运用敏度过滤技术解决棋盘格式和网格依赖问题.对拓扑优化得到的模型进行规整，并采用基于连续非约束最小化技术(SUMT)的子问题近似法, 对规整后的模型进行参数化优化，得到最终的顺序优化模型.研究结果表明，与原有的后模板模型相比，用该顺序优化方法得到的后模板模型的刚度和强度均有提高，体积明显减少.     

基于拓扑优化的新型热沉翅片结构设计

采用基于变密度法的拓扑优化方法对强制对流空气热沉结构进行优化设计,以最小压降作为优化目标,传热性能为约束条件,采用二维双层模型代替传统三维模型进行优化设计.采用在优化过程中改变插值参数方法,有效避免优化结果中阻塞结构的形成.将拓扑结构与直翅片结构进行对比,在入口速度为1.2 m/s时,拓扑结构热沉的平均温度比直翅片热沉...     

微电容加速度计多目标结构拓扑优化设计

针对微电容加速度计一阶固有频率和横向抗干扰能力进行多目标拓扑优化设计,建立了微电容加速度计弹性梁和质量块的一阶固有频率最大和横向抗干扰能力最强的多目标结构拓扑优化模型,以体积比作为约束条件,采用优化准则算法进行迭代求解,获得在不同权值下的微加速度计弹性梁和质量块的多种优化的结构拓扑形式,计算结果表明,通过多目标结构拓扑优化设计可以有效地提高微电容加速度计的综合性能.     

电动汽车动力电池仓拓扑优化

提出基于拓扑优化的动力电池仓结构设计方法。在拓扑优化建模中,采用基于SIMP插值函数的变密度拓扑优化方法。对某型电动汽车动力电池仓进行拓扑优化设计中考虑结构可制造性等因素,构建了优化型的电池仓结构模型;利用有限元技术对新型结构与传统结构进行对比分析,保证结构方案的可靠性。通过控制最小尺寸和网格尺寸可以有效避免拓扑优化中数值不稳定现象的出现;在满足强度要求的前提下,能够实现的新结构质量较传统型的质量有较大幅度的减少,且应力分布更加均匀,有效实现等强度结构设计。     

指定拓扑基结构形状的任意泊松比超材料设计

将超材料设计的功能基元拓扑优化法拓展到任意泊松比超材料设计中,探讨功能基元的不同初始拓扑基结构对最终超材料设计结果的影响。以指定泊松比为约束条件,以功能基元质量最小为目标,建立了超材料拓扑优化设计模型。功能基元初始拓扑基结构的形状包括含孔与无孔矩形、三角形、圆形和圆环形等。提出采用轻量化效果与构型稳定性概念对优化结果进行评价,包括能否优化得到具有指定泊松比的功能基元和优化后不同泊松比功能基元几何形状的相似度。结果表明,该方法可以快速获得指定泊松比超材料构型,其中含孔或圆形拓扑基结构的材料用量较少,但构型稳定性不佳,三角形拓扑基结构更易获得大泊松比功能基元构型。     

A level set method for reliability-based topology optimization of compliant mechanisms

Based on the level set model and the reliability theory, a numerical approach of reliability-based topology optimization for compliant mechanisms with multiple inputs and outputs is presented. A multi-objective topology optimal model of compliant mechanisms considering uncertainties of the loads, material properties, and member geometries is developed. The reliability analysis and topology optimization are integrated in the optimal iterative process. The reliabilities of the compliant mechanisms are evaluated by using the first order reliability method. Meanwhile, the problem of structural topology optimization is solved by the level set method which is flexible in handling complex topological changes and concise in describing the boundary shape of the mechanism. Numerical examples show the importance of considering the stochastic nature of the compliant mechanisms in the topology optimization process. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50775073), the Teaching and Research Award Program for Outstanding Young Teacher in Higher Education Institutions of the Ministry of Education of China, the Guangdong Hong Kong Technology Cooperation Funding (Dongguan Project 20061682), the Research Project of Ministry of Education and Guangdong Province (Grant No. 2006D90304001), and the Natural Science Foundation of Guangdong Province, China (Grant No. 05006494)     

基于网络变结构优化的大型活动交通拥堵预防方法

为了降低道路交通拥堵发生的风险和应对成本,基于网络变结构基础模型,提出适应大型活动拥堵预防的中微观层面的网络变结构优化方法和流程. 分别建立路段和交叉口变结构模型,以复合饱和度最小为路段变结构的优化目标,以进口各相位流量比之和最小为交叉口变结构的优化目标. 结合大型活动交通运行和拥堵演化特征,提出网络变结构关键路段的概念及识别原则,设定受影响路段双向交通重要度权重,将交叉口变结构作为路段变结构的连带、辅助策略,研究优化模型的解法,并以北京首都体育馆一次大型活动散场交通为案例,对提出方法进行实证研究. 结果表明,在研究范围内实施变结构优化可以预防活动诱增交通引发的拥堵,有利于解决严重的交通方向不均衡问题,各相关路段复合饱和度改善比例均超过10%,表明所提方法能有效调节网络交通供需的短时结构性不匹配,在现有条件下优化交通基础设施存量而避免增量造成的资源浪费,是以精细化管控为导向的方法.     

Design of single-axis flexure hinges using continuum topology optimization method

The design of compliant hinges has been extensively studied in the size and shape level in the literature.This paper presents a method for designing the single-axis flexure hinges in the topology level.Two kinds of hinges,that is,the translational hinge and the revolute hinge,are studied.The basic optimization models are developed for topology optimization of the translational hinge and the revolute hinge,respectively.The objective for topology optimization of flexure hinges is to maximize the compliance in the desired direction meanwhile minimizing the compliances in the other directions.The constraints for accomplishing the translational and revolute requirements are developed.The popular Solid Isotropic Material with Penalization method is used to find the optimal flexure hinge topology within a given design domain.Numerical results are performed to illustrate the validity of the proposed method.     

Robust Topology Optimization of Vehicle Suspension Control Arm

A robust topology optimization design framework is developed to solve lightweight structural design problems under uncertain conditions. To enhance the calculation accuracy and flexibility of the statistical moments of robust analysis, number theory integral method is applied to sample point selection and weight assignment. Both the structure topology optimization and number theory integral methods are combined to form a new robust topology optimization method. A suspension control arm problem is provided as a demonstration of robust topology optimization methods under loading uncertainties. Based on the results of deterministic and robust topology optimization, it is demonstrated that the proposed robust topology optimization method can produce a more robust design than that obtained by deterministic topology optimization. It is also found that this new approach is easy to apply in the existing commercial topology optimization software and thus feasible in practical engineering problems.     

轴对称结构拓扑变化重分析的新方法

提出了轴对称结构的两种基本拓扑变化,并应用Moore-Penrose逆理论及单元刚度矩阵的一种分解,给出了轴对称结构拓扑变化公式。利用该公式提出了一种轴对称结构拓扑修改的重分析新方法。该方法在计算静力响应时,不需反复组装、求解线性方程组,一切只需经过结构拓扑变化来实现,节省了大量的计算时间。因此该方法是一种精确的方法,并且由于公式简单,容易上机,适于拓扑优化设计(特别是局部优化设计)的重分析。最后给出的算例证明了该方法的有效性。     

渗流问题的拓扑优化

分析拓扑优化中的密度惩罚函数插值法SIMP（Solid isotropic material with penalization model）,将结构力学中的拓扑优化方法应用到渗流问题的拓扑优化设计中,用有限元的方法建立了简单的理想状态下的渗流问题的拓扑优化数学模型,并采用基于剃度法的数值解法-优化准则法（OC系列算法）,以设计具有最小能量损耗情况下的流体最佳流动路径的拓扑分布。以一组二维渗流问题为例,说明了该模型的有效性,为渗流问题的优化设计提供了一种有效的新思路和方法。     

汽车变速箱壳体结构拓扑优化设计

将基于变密度法的拓扑优化技术引入到汽车变速箱壳体结构设计中,同时在优化过程中考虑了制造工艺的约束。首先通过对变速箱壳体分别进行静态和动态拓扑优化来提高变速箱壳体结构的强度、刚度、固有频率以及控制结构重量。然后根据拓扑优化结果并综合考虑其制造工艺等要求,对变速箱壳体进行详细的结构设计。最后对变速箱壳体最终设计模型进行应力分析和模态分析,结果表明:该变速箱设计方案不仅在各工况下的应力水平低于材料屈服极限,而且一阶模态避开了动力总成系统共振敏感区。     

桥梁钻孔灌注桩质量保证措施探讨

钻孔灌注桩技术在基础工程领域中占据了主导地位。钻孔灌注桩是采用不同的钻孔方法,在地层中按要求形成一定形状（断面）的进孔,达到设计标高后,将钢筋骨架放入孔中,再灌注混凝土,成为桩基础的一种工艺,从成孔质量保证、混凝土配合比优化设计等几方面对桥梁钻孔灌注桩质量保证措施进行阐述。