摘要：In this paper, a method for the design optimization of elasto-plastic truss structures is proposed based on parametric variational principles （PVPs）. The optimization aims to find the minimum weight/volume solution under the constraints of allowable node displacements. The design optimization is a formulation of mathematical programming with equilibrium constraints （MPECs）. To overcome the numerical difficulties of the complementary constraints in optimization, an iteration process, comprising a quadratic programming （QP） and an updating process, is employed as the optimization method. Furthermore, the elasto-plastic buckling of truss mem- bers is considered as a constraint in design optimization. A combinational optimization strategy is proposed for the displacement constraints and the buckling constraint, which comprises the method mentioned above and an optimal criterion. Three numerical examples are presented to show the validity of the methods proposed.

摘要：药物洗脱支架(DES)由于其卓越的降低再狭窄能力,因而在经皮冠动脉治疗中得到了广泛应用,但也显现出一系列的问题。建立DES模型并进行结构优化从而改善支架结构是一种解决该系列问题的有效途径。文章使用UG软件建立优化后的MAC-J09-3.0支架模型。然后使用有限元分析软件ABAQUS和拓扑优化软件OptiStruct,对支架进行力学性能分析与挖槽设计。将优化后的三种支架进行受力分析与比较发现:通过挖槽设计和优化支撑筋的材料分布,既能增加支架的载药性能又保持了支架的支撑性能。

摘要：现有气动软体抓手的运动范围大多受初始长度限制,难以实现小存储体积、大包络范围的设计目标。结合气动结构和折纸结构的特点,提出了一种高收纳比、弯曲-展开耦合运动的软体抓手设计方案。基于三浦折纸结构,设计了一种可弯曲折展的管状折纸模型,并且基于面板刚性假定,分析了边长、夹角等几何参数对该折纸结构曲率半径和弯曲角度的影响;考虑软体抓手的壁厚,利用有限元软件分析了软体抓手的变形行为;采用3D打印和逐层浇筑的方式制作抓手样品,验证了软体抓手的展开和抓取性能。该研究成果可为太空垃圾抓取机器人的设计提供理论支持。

摘要：针对随机激励下的以结构参数为变量、以控制输入力最小化为优化目标的建筑结构和控制系统并行设计问题,设计了一种基于线性矩阵不等式工具的并行优化算法。该算法在以下2个方面突破了现有算法的局限性:①将质量矩阵纳入优化变量,拓宽了优化范围;②采用凸化势能函数处理将控制引入结构设计导致的非凸约束,大大降低了算法复杂度。算例分析显示该算法能有效提高建筑结构的设计效能。

摘要：以减轻重量为目标,以不出现各种失效模式为约束条件,应用序列二次规划法对受压夹层板的尺寸以及金属泡沫的相对密度进行了优化设计。考虑了剪切对屈曲的影响和金属泡沫弹性模量与相对密度之间的非线性关系,对金属泡沫和波纹夹层板的失效模式进行分析。同时设计两种截面形状,得到具有更高承载能力的夹层板。最后对各种截面形状夹层板的承载能力进行比较。结果表明:通过优化截面尺寸和金属泡沫的相对密度可以提高夹层板的承载能力;对于受压金属泡沫夹层板最优相对密度为0.03689;对于波纹夹层板更优的截面是改进后的帽形加筋板的截面。

摘要：基于模糊控制的优点,将模糊控制与滑模控制相结合,采用了一种基于模糊趋近律的滑模控制方法对基础隔震混合结构的地震控制问题进行研究。以一个8层建筑结构模型为例来验证所提控制方法的有效性,其中,被动控制采用橡胶垫支座,主动控制采用由模糊趋近律方法设计的滑模控制器,结构非线性恢复力采用W en模型形式。算例数值分析结果表明,所提出滑模控制方法,控制效果明显,有效地减小隔震层中橡胶垫支座的水平位移,同时达到削弱控制系统抖振的目的。

摘要：增材制造技术的兴起激发了国内外学者对结构创新设计的热情.然而,增材制造材料的各向异性为结构力学性能的预测与设计带来了一定的困难.为了准确预测熔丝制造聚乳酸(PLA)材料和点阵结构的弹性性能,并实现点阵结构的弹性各向同性设计,首先,本文采用正交各向异性弹性模型来描述PLA材料的弹性行为,通过实验和计算得到了正交各向异性模型需要的9个独立的弹性常数.然后,设计了一种力学性能可调的二维组合桁架点阵结构,基于代表体元法,在不考虑材料各向异性的情况下推导出了其平面内等效弹性性能的解析表达式及弹性各向同性条件.最后,根据PLA材料的各向异性调整点阵结构内部杆件的弹性模量和厚度,并基于代表体元法重新推导出了点阵结构平面内等效弹性性能的解析表达式及其弹性各向同性条件.研究结果表明,正交各向异性弹性模型适用于描述熔丝制造PLA材料的弹性行为,基于该模型能够准确预测PLA材料在任意方向上的弹性模量.在预测与设计熔丝制造点阵结构的力学性能时需要充分考虑材料的各向异性.在考虑材料的各向异性之后,基于代表体元法调整点阵结构的几何尺寸,能够实现部分点阵结构的弹性各向同性设计.

摘要：多稳态超材料凭借其出色的力学性能而广受关注和应用.然而,现有研究主要集中在单曲梁结构,对于由多层级曲梁单胞构建的复杂拓扑结构的可重复吸能特性缺乏深入探讨.此外,与传统材料相比,多稳态超材料在循环加载下的疲劳性能也鲜有研究.文章以两端固支直梁一阶屈曲模态为初始构型构造曲梁单胞,并通过3D打印技术制备双材料双稳态单元.进而建立多层级曲梁结构,并给出预测多层级曲梁正则化的力和势能随位移变化的5次、6次多项式经验公式,相比于以往3次、4次多项式结果更为准确.以双曲梁单胞为基本单元,通过中心旋转的方式设计三维点状多稳态超材料,研究其稳态性能和力学特性.并通过参数化分析研究单元几何参数和模块化拓扑构型对结构力学响应的影响,最后通过疲劳实验验证了该类多稳态超材料的疲劳寿命.该结构能够在小变形和大变形范围内实现正负刚度的转变,同时变形是弹性稳定的,即杨氏模量基本保持不变,且具有多稳态和可重复吸能特性.随着双曲梁几何参数Q(高厚比)的增大,其有效压溃距离和能量吸收效率随之增加.提出的设计策略为制造多稳态多步可逆变形的力学超材料开辟了新路径,并为设计材料-结构-功能一体化的工程材料提供了一种新思路.

摘要：文章基于三阶剪切变形理论,建立了压电复合材料层合板有限元单元模型,利用Hamilton原理推导了压电层合板结构的动力学方程,通过引入精细积分方法,利用所建立的单元对压电层合板结构进行了振动分析;基于精细积分给出了线性二次最优控制的Riccati方程的求解方法,设计了线性二次最优控制律以抑制压电层合板结构的振动。实例证明,与其它有限元模型进行比较的结果显示所建立的模型具有足够的精度,文中推导的线性二次最优控制Riccati方程的计算方法可行,对板结构的振动控制有效。

摘要：气动外形优化设计与飞行器性能分析中,直接运用数值模拟或风洞实验获取气动力的成本高,构建代理模型是提高外形优化和性能分析效率的重要途径.然而,构建模型的过程中,研究者只关注积分后的气动力和力矩信息.本文通过充分利用采样过程中所产生的压力分布信息,来提高建模的精度和泛化性,进而降低样本获取的成本.提出了一种小样本框架下融入压力分布信息的气动力建模方法,首先通过数值模拟或风洞试验获得不同流动参数状态下翼型表面的压力分布信息和气动系数,其次通过本征正交分解技术对压力分布信息进行特征提取,获取不同输入参数状态下压力分布信息对应的POD系数,之后结合输入参数通过Kriging算法对压力分布信息进行建模,将压力分布信息积分得到低精度气动系数的预测模型,最后低精度气动系数结合输入参数通过Kriging算法构造高精度的气动系数预测模型.通过同状态变翼型算例以及CAS350翼型变状态算例进行验证,该方法相比于传统的克里金模型直接预测气动力,有效提高了气动力的预测精度和模型的鲁棒性,同时缩小了学习样本的数据量.