摘要：工程计算中常遇到纵向尺度显著大于横向的复杂梁式结构,基于此类大型复杂结构的精细有限元模型建立一个能够预测结构动力性能、实现复杂结构的快速动力分析和优化的近似降阶模型,成为这类结构设计工作者一直关心的问题。该文提出一种基于梁平截面假设和梁位移插值函数的动力模型降阶方法,建立了具有明确物理意义的降阶模型。利用降阶模型计算得到的模态向量是原结构特征向量的高精度近似,基于一次瑞利-里茨逆迭代获得了原结构高精度的低阶频率,并且与Krylov子空间法进行了对比。具体算例表明了降阶方法的有效性。

摘要：拓扑优化方法经过几十年的发展,已成功应用于机械工程、航空航天、电磁等领域的构型设计中。然而,由于制造工艺的限制,拓扑优化结果通常无法直接应用,需根据工艺要求进行修改,因此在拓扑优化模型中考虑制造约束成为重要的研究方向。其中,尺寸控制广泛存在于大部分制造工艺中,主要包括最小尺寸控制与最大尺寸控制。该文提出了一种基于映射的拓扑优化最大尺寸控制方法,构造了一种新的映射模型,对结构中不满足最大尺寸约束的中心单元密度进行惩罚,在不引入任何约束条件的情况下实现了对结构最大尺寸的控制。此外,该文将该方法中的惩罚转变为一个全局约束条件后与具有最小尺寸控制功能的拓扑优化鲁棒列式相结合,实现了对构件的最大最小尺寸协同控制。数值算例表明了该方法的有效性。

摘要：为了获得轻质、高面形精度的空间反射镜设计方案,提出了一种将拓扑优化与增材制造技术相融合的设计制造方法。首先对空间反射镜设计的基本流程、关键技术进行了介绍,分析了拓扑优化构型设计技术与增材制造技术二者结合的优越性;其次,采用背部开放式结构拓扑优化设计方法完成了ϕ500 mm口径SiC材料反射镜的方案设计;最后,采用激光选取熔化技术,完成了ϕ260 mm口径铝合金材料反射镜镜坯的制作,并在反射镜与其支撑结构装配完毕后,对反射镜组件进行了模态测试。结果表明,反射镜光学和机械性能能够满足其工作要求,结构的轻量化率、刚度明显优于传统设计方案,为空间反射镜结构设计的改进和优化制造提供了一种行之有效的研制方法。

摘要：为提高医生对微创手术机器人主操作手进行操作时的一致性和灵活性,设计一种8关节串联型力反馈主操作手。从位姿解耦角度出发,通过一种双平行四边形结构实现位姿解耦,提高了主操作手在不同位姿下操作的一致性。利用改进后的D-H参数法和逆变换法,分别建立主操作手的正运动学和逆运动学模型,并从运动学角度验证了该位姿解耦策略的正确性。基于蒙特卡洛法,使用MATLAB编程,分析主操作手的最小工作空间。求解主操作手的雅可比矩阵,基于全域性能指标和全域性能波动指标定义了主操作手的综合运动性能指标,并以最小工作空间作为约束,用遗传算法对主操作手的运动性能和结构尺寸进行了分析与优化。结果表明:相比于优化前的初始设计,优化后主操作手的综合运动性能指标提高了15.32%,尤其是具备良好运动性能的工作空间体积增加到原来的3倍,已基本包含手术要求工作区域。主操作手在保证操作一致性和足够工作空间的基础上,具备了良好且稳定的运动性能。

摘要：金属增材制造是一种兼顾复杂结构和高性能构件成形需求的颠覆性制造技术,在航空、航天、交通、核电等领域具有广阔的应用前景和发展空间.该技术大规模推广应用所面临的制造效率和控形保性挑战是一个涉及力学、光学、材料、机械、控制等多学科交叉的难题.本文针对其中涉及的若干关键力学问题,阐述了近年来国内外在面向金属增材制造的结构拓扑优化设计、制造过程数值模拟、成形材料与结构的缺陷表征和性能评价方面的研究进展,并对金属增材制造的结构设计-制造模拟-性能评价的发展趋势进行了展望.

摘要：被誉为"第三次工业革命"的增材制造技术通过材料层层累加的方式实现结构的制备,这种独特的制造方式实现了高度复杂结构的自由"生长"成形,极大地拓宽了设计"空间",为新型结构及材料的制备提供了强大的工具。制造工艺的飞速发展往往需要设计技术的快速跟进,拓扑优化方法因其不依赖初始构型及工程师经验,可获得完全意想不到的创新构型,已成为结构创新设计的重要工具。因此,将拓扑优化(先进设计技术)与增材制造(先进制造技术)融合,发展面向增材制造的创新设计技术具有广阔的前景。从面向增材制造的优质结构构型设计以及考虑增材制造工艺约束的拓扑优化设计方法两个方面,介绍了现阶段基于拓扑优化方法所建立的结构创新设计理论,并指出未来研究的趋势。