摘要：自适应成长法是一种基于自然界分支系统形成机制的薄壁结构加筋拓扑优化设计方法。针对现有自适应成长法在结构自振频率拓扑优化设计中存在局部模态的问题,提出一种多项式材料插值模型;为了提高算法的收敛性,将基于仿生学的基因遗传特性引入灵敏度信息处理中,并运用敏度过滤技术解决数值不稳定问题。针对简支和固支的典型板壳结构算例进行加筋优化,设计结果表明,提出的方法可得到形态清晰的加强筋布局;进一步分析了简支约束方式和固支约束方式在结构自振频率拓扑优化问题中的影响,结果表明,虽然2种约束方式下结构的一阶振型相同,但由于约束点自由度的差异,得到的加强筋布局并不相同。分析2种约束方式下优化设计结果的自振性能,发现在固支约束方式下得到的加筋结构的第一阶频率比简支约束方式下的加筋结构高7%以上,因此在实际工程应用中,当结构边界约束条件不明确的情况下,可选择固支作为设计模型的约束方式。

摘要：在工程问题中,结构支撑位置和结构材料分布具有相关性,同时优化结构拓扑形态及其支撑位置,可在一定的材料和支撑件个数的条件下,最大限度提高结构力学性能。通过引入独立的支撑单元,以连续变量描述支撑位置,提出一种连续体结构及其支撑位置协同优化设计方法。建立考虑结构刚度和结构平均特征值的多目标优化设计数学模型,并采用决定因子确定多目标优化的最优解,以受横向载荷作用的简支受弯薄板和简支弯扭薄板为例进行优化设计及分析,结果表明,协同优化设计结果的结构拓扑形态清晰,支撑位置明确,能同时有效优化结构的支撑位置和结构拓扑形态。相对于给定边界条件的标准拓扑优化设计,两算例中的静动态性能分别提升30%和88%以上,在满足约束条件的同时,能以更少的支撑个数,显著提升结构的静动态性能。

摘要：针对高分辨率三维结构拓扑优化中计算成本高的问题,提出一种基于水平集方法融合自适应贴体网格的拓扑优化并行计算新框架。通过水平集函数零等值面,清晰描述优化结果边界,实现了“所见即所得”的拓扑优化设计结果;并在每一迭代步中基于该等值面进行网格重构,加密边界周围网格,稀疏其余区域内网格,从而大幅减少了网格数量,有效降低计算成本;在计算过程中通过对网格进行分割,并指派给不同的CPU进行计算,实现并行计算,可以有效处理大规模计算问题。该框架基于开源软件FreeFEM,Mmg和PETSc进行开发,以经典的刚度问题为例,在工作站平台上,求解网格规模达380万的数值算例,验证该方法的高效性。

摘要：粉碎型格栅除污机主要用于泵站处理生活及工业废水,以使其能够达到市政排放标准。本文设计一种新型四转鼓自清洁粉碎格栅机,其核心装置是由四个垂直布置的过滤转鼓构成,相邻两个转鼓栅条互相交错,在转动引流的同时能够将相邻转鼓栅条间可能缠绕的杂物带走,从而实现自清洁功能。本文给出四转鼓自清洁粉碎格栅机的结构以及设计原理,通过仿真分析,得到转鼓在工作时的流场,分析转鼓对于污水的引流情况。结果表明,本文设计的自清洁粉碎格栅机在实现较好引流的同时能完成自清洁,这将为城市污水处理机械的设计提供一定的参考价值。