摘要：拓扑优化作为一种先进设计方法,已被成功用于多个学科领域优化问题求解,但从拓扑优化结果到其工程应用之间仍存在诸多阻碍,如在结构设计中存在难以制造的小孔或边界裂缝和单铰链连接等.在拓扑优化设计阶段考虑结构最小尺寸控制是解决上述问题的一种有效手段.在最小尺寸控制的结构拓扑优化方法中,通用性较强的固体各向同性材料惩罚法SIMP优化结果边界模糊不光滑,包含精确几何信息的移动变形组件法MMC对初始布局具有较强依赖性.本文提出一种考虑最小尺寸精确控制的SIMP和MMC混合拓扑优化方法.所提方法继承了二者优势,避免了各自缺点.在该方法中,首先采用活跃轮廓算法ACWE获取SIMP输出的拓扑结构边界轮廓数据,提出了SIMP优化结果到MMC组件初始布局的映射方法.其次,通过引入组件的3个长度变量,建立了半圆形末端的多变形组件拓扑描述函数模型.最后,以组件厚度变量为约束,构建了考虑结构最小尺寸控制的拓扑优化模型.采用最小柔度问题和柔性机构问题验证了所提方法的有效性.数值结果表明,所提方法在无需额外约束的条件下,仅通过组件厚度变量下限设置,可实现整体结构的最小尺寸精确控制,并获得了具有全局光滑的拓扑结构边界.

摘要：电弧增材制造(wire arc additive manufacturing, WAAM)技术被认为是制造大型钛合金构件最具前景的增材制造技术之一。然而,成形过程稳定性差、成形件表面质量及尺寸精度低是制约WAAM钛合金构件推广运用的主要瓶颈,对WAAM成形过程进行实时监测及反馈控制是解决这一难题的重要研究方向,也是当前WAAM钛合金研究的热点之一。对于WAAM钛合金的高效稳定成形而言,成形机制的研究是基础,工艺及装备的优化是保证,成形过程的监测与控制是关键。简要介绍了WAAM钛合金的成形工艺、装备及其运用,指出了成形件组织及力学性能的特点及其调控方法。通过对WAAM钛合金常见缺陷及其形成机制的分析,指出了WAAM装备设计与工艺优化的方向。总结了WAAM成形过程中基于视觉信号、电信号、声信号及多信号融合的在线监测方法,综述了成形过程控制方法及控制系统的发展。最后,对全文进行了总结,展望了未来WAAM钛合金成形与控制领域值得深入研究的方向。

摘要：针对当前的设计理性建模理论与方法不能完全适应协同设计过程,不能全面描述协同设计中的设计理性的问题.在对IBIS(issue-based information system)模型进行拓展和改造的基础上,结合协同设计的认知特征提出了团队协同设计理性模型.该模型包括2类要素,分别以不同类型的节点和连接线表示,其中设计问题、设计方案、设计知识、设计产品、协同过程和协同情境6个要素以不同类型的节点表示;设计行为要素描述设计过程中设计者的具体操作,以不同类型的连接线表示.最后以自动打标机的协同设计过程为例,阐述了文中模型的建模过程,建立了自动打标机团队协同设计理性模型,证明了该模型的可行性和有效性.

摘要：为了将产品设计开发中选择备选方案和进行决策的过程有效地结合起来,提出一种基于设计理性的群体一致性产品方案决策方法.首先通过提取文本信息和数值信息将设计理性的设计意图转变成特征向量,并选取与设计问题相似性较高的设计意图对应的设计理性作为备选设计方案;然后决策者利用直觉模糊集对方案进行评价,计算个体和群体决策之间的相似度,采用一致性阈值衡量决策是否达到共识水平;最后通过广义诱导模糊有序加权平均算子,集结专家意见得到各方案的综合评价结果.以某型焊钳的钳臂设计为例,验证了文中方法准确性和有效性.

摘要：在设计理性建模的基础上研究设计理性模型的不同抽象层次的变换方法。该方法包括应用基于Web本体语言的知识推理实现设计理性模型片段划分、设计理性模型主脉络抽取等关键步骤,从而建立不同抽象层次的设计理性模型,优化设计理性模型知识表达形式及表达能力,为设计理性重用提供更有力的支撑。开发了设计理性建模与变换原型系统,并以压弯模具设计为例,验证了设计理性模型变换方法的可行性及有效性。

摘要：针对当前的共享心智模型理论不能完全适应协同设计,不能显性地描述智力协同过程的问题,分别从设计角度和认知角度研究了"个体心智模型-共享心智模型"与"设计问题-设计解"2个演化过程的相互作用规律,形成了"设计问题→个体心智模型→共享心智模型→设计解"的认知机理.在此基础上,建立了基于共享心智模型的设计智力协同求解模型.首先表达并诱发个体设计心智模型的知识和信念要素,然后以语句为基本单位,考虑共享度和个体权重因素,融合生成共享设计心智模型,进而从中提取出设计问题的方案解.以3D打印机喷头的协同设计过程为例,以文中提出的机理为指导建立了团队共享设计心智模型,有效地解决了该设计问题.

摘要：针对变密度多孔结构设计依据的拓扑优化密度信息不能被充分有效利用的问题,提出一种基于拓扑优化局部相对密度映射的变密度多孔结构设计方法。该方法根据多孔结构力学特点建立等效连续体的拓扑优化模型,通过拓扑优化密度的局部映射策略和调整方法,将拓扑优化的密度信息映射到多孔结构单元并根据映射的相对密度生成变密度多孔结构。此外,为检验多孔结构与拓扑优化密度信息的匹配程度,提出一种基于体素化和矩阵相似度的分析评价方法。最后以不同尺度的二维蜂窝为案例,验证了所提变密度多孔结构设计方法的可行性和有效性。

摘要：为支持事物特性表技术在产品设计、工艺、制造、测量等阶段的应用,深入研究了基于事物特性表的计算机辅助技术系统与产品数据管理系统的集成关键技术,提出了一种统一的基于事物特性表的集成产品信息模型和计算机辅助技术/产品数据管理系统集成框架,并在此基础上构建了集成平台。最后,以汽轮机转子为应用对象,对系统进行了应用验证。

摘要：针对二维蜂窝结构在共面方向集中载荷作用下承载性能的不足,提出一种基于拓扑优化密度映射的非均匀蜂窝结构设计方法.该方法将拓扑微单元的密度信息映射到蜂窝胞元的壁厚上,并采用响应面与协同优化方法对蜂窝胞元尺寸参数和密度映射权重参数进行优化,获得胞元壁厚非均匀的蜂窝结构.最后通过三维打印制造非均匀蜂窝试件,与等体积均匀蜂窝进行三点弯曲实验对比,证明文中方法所设计的结构能够提高蜂窝结构的局部强度.

摘要：针对零件可制造性分析模型的构建问题,提炼出构建可制造性分析模型的三大技术:模型重用技术、多维度建模技术、模型融合与映射技术。利用模型重用技术建立零件制造特征模板库,引用模板开展零件设计,建立设计模型;利用多维度建模技术将设计模型分解为制造对象模型、制造过程模型、制造资源模型和特征关系模型;利用模型融合与映射技术将制造对象模型、制造过程模型、制造资源模型和特征关系模型组装成逻辑上完整的可制造性分析评估模型。在法兰盘可制造性案例分析中,通过使用三项模型构建技术提取零件制造特征,分析和评估零件制造特征,提出改进零件结构工艺性和加工工艺性的建议,实现设计、建议、改进设计的螺旋式循环。