基于拓扑优化的结构弹性成像方法

作     者：付君健 李帅虎 李好 高亮 周祥曼 田启华 Fu Junjian;Li Shuaihu;Li Hao;Gao Liang;Zhou Xiangman;Tian Qihua

作者机构：水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室湖北宜昌443002 三峡大学机械与动力学院湖北宜昌443002 华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室武汉430074 

基　　金：国家自然科学基金(51775308) 湖北省自然科学基金(2021CFB236) 湖北省教育厅科学技术研究项目(Q20201205) 水电机械设备设计与维护湖北省重点实验室开放基金(2020KJX04)资助 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2022年第54卷第5期

页      码：1331-1340页

摘      要：弹性模量是工程材料重要的性能参数,可以衡量物体抵抗弹性变形的能力.弹性成像是一种通过弹性模量表征生物体组织物理特性的医学成像方法.为了将弹性成像应用于机械装备结构的缺陷识别,提高弹性成像的局部表征和全局识别能力,提出一种基于拓扑优化的结构弹性成像方法.受拓扑优化理论启发,采用结构离散单元的相对密度(弹性模量系数)作为弹性成像参数来表征损伤程度,建立成像参数与弹性模量的插值模型,基于有限元模型构建损伤表征、结构模型与物理响应的映射关系.以损伤结构和无损结构位移响应的最小二乘为目标函数,以成像参数上下限为约束,建立结构弹性成像的优化模型.以伴随法推导弹性成像问题的灵敏度,并详细给出了弹性成像反演的数值实施方式.二维悬臂梁和米歇尔梁算例表明,本文提出的基于拓扑优化的弹性成像方法无需先验损伤信息,可有效实现均质/非均质、单/多缺陷结构的弹性成像,且弹性成像结果不依赖于特定的边界条件,进一步将弹性成像方法扩展至三维悬臂梁问题验证了其通用性.

主 题 词：弹性成像 拓扑优化 缺陷识别 损伤表征 

学科分类：08[工学] 080102[080102] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-21-672

馆 藏 号：203112233...