摘要：采用功能基元拓扑优化设计方法,以超材料结构的承载能力为目标,选取功能基元结构刚度最大化为目标函数,以指定泊松比值作为约束条件,建立了任意正泊松比超材料结构拓扑优化设计模型并求解.提取拓扑优化得到的功能基元最优构型,建立有限元模型,验算了功能基元的泊松比值.计算了基于功能基元周期性序构形成的超材料结构的面内、面外结构承载性能.结果表明,设计的超材料结构与传统多孔材料结构相比,具有更好的承载能力,具备轻量化优势.

摘要：通过建立声子晶体负泊松比蜂窝基座的等效动力学模型,研究该基座局域共振减振机理。探讨动力学参数(固有频率比、质量比、阻尼比)、声子晶体的周期层数等对基座减振性能的影响规律。研究结果表明,当声子晶体固有频率与基座固有频率接近时,能有效降低基座发生结构共振时的响应幅值。建立声子晶体蜂窝基座的优化设计模型,优化得到具有指定局域共振固有频率的声子晶体结构。动力学频响计算表明,该优化设计基座能够有效抑制结构的低频共振现象。

摘要：基于拓扑优化方法,提出了设计具有任意负泊松比超材料及结构的功能基元拓扑优化法。针对功能基元的不同初始拓扑基结构,包括矩形和三角形初始拓扑基结构,以指定的负泊松比值作为约束条件,以功能基元柔顺度最大化为目标函数,建立了任意负泊松比超材料拓扑优化模型并求解。提取拓扑优化得到的功能基元最优构型,经周期性分布从而形成负泊松比结构。建立优化得到的超材料结构有限元模型,验算了功能基元的泊松比,计算分析了该超材料试件的静、动力学特性。结果表明,该负泊松比效应超材料试件具有较好的承载能力,且在中低频段有较好的减振效果。

摘要：引入周期结构声学超材料,设计了一种负泊松比声学超材料基座实现低频段减振目标。首先,在保证一定的减振性能条件下,优化设计负泊松比蜂窝基座结构并试验验证该基座的减振效果;然后,在蜂窝单胞中填充声子晶体周期结构构造声学超材料新型基座,并采用优化设计方法最大化该基座低频段减振性能;最后,对优化设计的新型基座进行动力学频响计算,分析了其减振带隙特性;计算了静载条件下新型基座的承载能力。优化结果表明,负泊松比声学超材料基座具有较好的低频减振性能和承载能力。

摘要：为了提高导重法求解拓扑优化问题的计算效果,提出一种改进的导重法,并引入了灰度过滤技术抑制优化过程中灰度单元的产生.首先基于RAMP(the rational approximation of material properties)模型结合导重法求解最小柔度拓扑优化问题的迭代表达式,利用二分法对表达式中的拉格朗日乘子求法进行了改进;为减少优化后结构图像中的灰度单元数量,在迭代表达式中引入灰度过滤函数;最后将上述理论拓展到多工况拓扑优化问题中,采用归一化组合处理方法建立目标函数.对多工况拓扑优化问题的2个典型算例进行计算的结果表明,应用文中理论求解拓扑优化问题具有收敛稳定、求解快速、图像清晰的特点.

摘要：针对多工况结构拓扑优化问题中的载荷病态现象,基于RAMP(Rational Approximation of Material Properties)拓扑优化模型,提出应用灰色理论确定工况权重系数,并将应变能目标函数归一化的折衷规划模型法.通过专家评价方法获得工况权重系数的灰色区间,结合灰色理论计算工况权重系数灰色区间的精确值,并采用导重法推导出多工况结构拓扑优化问题的求解迭代表达式.通过定义载荷比描述载荷病态的程度,对多工况结构拓扑优化典型算例在不同载荷比及不同工况权重系数下进行结构拓扑优化分析.优化结果表明,灰色权重折衷规划模型及求解方法对多工况结构拓扑优化问题具有高效、稳定的特点,能够克服载荷病态问题,并通过大跨度甲板强横梁的结构拓扑优化设计证明本文设计方法的有效性.

摘要：柔性机构中为同时考虑结构的刚性和机构的柔性,研究结构整体柔度最小化和结构输出位移最大化的多目标拓扑优化设计方法.建立基于RAMP插值模型的多目标拓扑优化设计模型,采用伴随敏度分析法进行目标函数敏度分析.将导重法引入到柔性机构拓扑优化问题的求解中,推导出柔性机构多目标拓扑优化问题的迭代表达式.对柔性机构的典型算例进行拓扑优化计算,算例结果表明,基于RAMP插值模型结合导重法求解柔性机构多目标拓扑优化问题具有设计变量少、收敛速度快、优化效率高的特点,上述方法的结合为求解柔性机构多目标拓扑优化问题提供了一条新途径.

摘要：利用导重法求解连续体结构拓扑优化问题,会出现多孔材料、棋盘格等数值不稳定现象,这种现象导致计算结果的可制造性差.将小波分析引入到导重法中,利用小波的多尺度分析的特点,去除设计变量场中的高频噪声,从而获得清晰的、可制造的拓扑结构.通过单工况和多工况两个典型算例进行分析和比较,结果显示出小波分析在消除数值不稳定现象中的高效性.