摘要：This paper presents a novel topology optimization method to design graded lattice structures to minimize the volume subject to displacement constraints based on the independent continuous mapping(ICM)***,the effective elastic properties of graded unit cells are analyzed by the strain energy-based homogenization method.A surrogate model using quartic polynomial interpolation is built to map the independent continuous topological variable to the effective elastic matrix of the unit cell and set up the relationship between the macroscale structure and microscale unit ***,a lightweight topology optimization model is established,which can be transformed into an explicitly standard quadratic programming problem by sensitivity analysis and solved by dual sequential quadratic ***,several numerical examples demonstrate that graded lattice structures have a better lightweight effect than uniform lattice structures,which validates the effectiveness and feasibility of the proposed *** results show that graded lattice structures become lighter with increasing displacement *** addition,some diverse topological configurations are *** method provides a reference for the graded lattice structure design and expands the application of the ICM method.

摘要：拓扑优化由于其严格的数学理论,成为连续结构设计中决定材料分布的重要方法.然而,随着材料类型在设计域内的增加,传统拓扑优化方法的计算效率大大降低.本文提出了一种基于深度学习的拓扑优化方法,用于提高多材料结构拓扑优化设计的计算效率.首先,利用固体各向同性材料惩罚(SIMP)方法对大量多材料结构进行优化设计,构建了多材料拓扑优化数据集.其次,ResUNet被引入生成对抗式网络形成ResUNet-GAN,构建了设计参数和优化构型之间的高维映射.最后,利用预训练的ResUNet-GAN实现多材料拓扑优化设计.数值模拟验证了ResUNet-GAN成功地应用于双材料的悬臂梁、三材料悬臂梁、三材料简支梁结构的拓扑优化设计.研究表明,基于深度学习拓扑优化方法的计算效率优于传统方法,为高效拓扑优化设计的发展奠定了理论基础.

摘要：连续纤维增强复合材料由于优异的比强度、比刚度、可设计性和轻量化特质,日益受到航空航天等高端装备制造领域的青睐.3D打印技术的发展改变了连续纤维复合材料结构的生产制造流程,使复杂结构的自由成型成为可能,为先进结构材料提供了巨大的设计空间.为充分发挥先进材料性能优势和3D打印成型灵活性,研究人员分别从材料性能和结构设计出发,探索与3D打印连续纤维复合材料相适应的设计制造一体化解决方案,实现产品创新设计和性能提升.本文系统性地回顾了面向连续纤维复合材料性能分析、工艺改进和结构优化的研究工作,结合研究实践对连续纤维复合材料的结构多尺度优化方法进行总结分析,并对未来先进材料结构设计实时化、功能化、智能化的发展趋势进行探讨和展望.

摘要：通过借鉴自然界中毛竹的截面微观结构特征,设计了一种应用于跳台雪板内的仿生点阵结构,并基于响应面方法进行了优化设计。通过数值仿真模拟准静态压缩和三点弯曲实验,探究了仿生点阵结构的承载与抗弯性能。研究仿生点阵结构的单胞胞体壁厚、柱状结构的半径和壁厚3个几何参数对其力学性能的影响规律,并运用主次影响分析方法探究不同几何参数对力学性能的影响程度。建立了以比刚度、比弯曲刚度最大为目标,以单胞几何尺寸为约束的优化模型,并采用非支配排序遗传算法进行计算求解,得到Pareto前沿最优解,经数值仿真验证仿生点阵结构抗弯承载性能显著优于雪板内原始点阵格栅结构以及其余2种点阵格栅结构。研究结果对于跳台雪板内填充点阵格栅结构的仿生设计以及雪板整体力学性能的提升具有重要意义。

摘要：提出一种机载相控阵海浪波谱仪,是Ku频段、线极化二维相控阵列雷达,发射宽带线性调频信号,在小入射角下照射海面,接收被海面准镜面散射调制的回波功率,获取海面后向散射系数,反演得到一维海浪谱。通过二维相控阵实现0~360°方位向的圆锥扫描,获取二维海浪方向谱,进而计算波高、波向、波长等海浪参数产品。一方面,采用基于二维相控阵的动态波位驻留时序设计,将均匀扫描改为非均匀扫描,增加沿航向的观测时间,提高沿航向斑点噪声抑制水平,改善了中法海洋卫星SWIM载荷的“沿航向信斑比不足”的问题,使观测效能得到提升;另一方面,采用电子扫描,无旋转机构,可大幅度提升波谱仪设备的紧凑性、适装性和可靠性,提高机载平台适应能力。在秦皇岛附近的渤海海域开展了相控阵海浪波谱仪飞行试验,与同步波浪浮标观测数据进行对比,结果表明相控阵海浪波谱仪波向测量精度优于15°,波长测量精度优于10%,有效波高测量精度优于0.3 m,验证了动态波位驻留对沿航向斑点噪声的抑制能力,以及相控圆锥扫描体制获取海面回波、反演海浪谱的性能。

摘要：论文利用ICM(独立、连续、映射)方法建立了频率约束下平板结构重量最轻的拓扑优化模型.采用指数函数作为单元重量、单元质量阵及单元刚度阵的过滤函数.通过瑞利商对刚度过滤函数倒变量的泰勒一阶展式,将频率约束近似显式化.利用对偶理论将含有大量设计变量的约束优化模型转化为易于求解的少设计变量拟无约束优化模型,通过序列二次规划将转化模型进行求解,提高了求解的效率.论文选择***&Nastran软件及PCL二次开发语言构架了平板结构频率约束拓扑优化问题的软件.数值算例表明:论文的方法具有迭代稳定性和收敛高效性.

摘要：研究了一种带有两个细长槽的复合材料管铰链空间可展结构的力学行为。基于二维HASHIN失效判断准则,分析管铰链在弯曲折叠过程中可能出现的失效模式和力学行为,研究其折叠过程中失效危险点位置。验证了将复合材料应用于管铰链的可行性。同时,进一步研究了管铰链的槽长、槽宽以及端圆直径对其折叠力学性能及损伤特性的影响规律。基于响应面方法,建立了以应变能最大与临界弯矩最小为目标,以复合材料失效因子为约束,以管铰链几何参数为设计变量的优化模型。采用非支配排序遗传算法对优化模型进行求解,获得了可行解分布,最后依据工程实际采用权重法求解优化模型,得到了优化结果。研究结果对于设计新型运行稳定可靠的空间可展结构具有一定的理论意义。

摘要：为了改进折纸超结构的构型设计,基于Miura折纸原理设计了一种超结构.利用数值仿真分析方法研究了面外准静态压缩力学性能,探讨了折纸超结构的边长比、单元角度、展开角度以及厚度对其压缩过程的变形及能量吸收的影响规律.引入主次影响分析方法,比较了几何参数对力学性能指标的重要影响程度.基于响应面方法,建立了以初始峰值力最小和比吸能最大为目标、以几何尺寸为约束、以折纸超结构重要影响几何参数为设计变量的优化模型,并采用非支配排序遗传算法对优化模型进行了求解,获得了Pareto前沿最优解.研究结果对于提高折纸超结构的力学性能及构型设计具有一定的理论指导意义.

摘要：在数学规划的领域里定义了互逆规划--各自目标函数与约束条件位置相互交换的一对规划.接着指出,尽管互逆规划与对偶规划在表面上似乎类似,但是二者存在5点不同:(1)是否为同一个问题的不同;(2)存在"对偶间隙"与否的不同;(3)设计变量数目的不同;(4)是否单目标与多目标问题的不同;(5)问题合理与否的不同.然后,基于互逆规划的定义,用以审视结构拓扑优化模型,给出如下结果:(1)从这个角度洞悉,在结构优化中,确实有不合理的模型一直被沿用着;(2)找到了修正不合理模型使之合理化的方法;(3)对于给定体积下的柔顺度最小化(MCVC)模型,指出了其不合理的原因;(4)MCVC模型实际是互逆规划的m方,由此建立起其对应的s方,即给出了多个柔顺度约束的体积最小化(MVCC)模型;(5)给出了MVCC模型中的结构柔顺度约束的物理解释和算法,论证了ICM(independent continuous and mapping)方法以往关于全局化应力约束的概念和方法;(6)数值算例表明了MCVC与MVCC模型作为互逆规划的差异,且印证了MVCC模型的合理性.MCVC模型在不同体积约束及多工况下不同的权系数时,得到最优拓扑不同;但MVCC模型在多工况柔顺度约束下可得到唯一的最优拓扑.

摘要：为了提高双稳态结构的承载能力,设计了一种由金属材料与复合材料组成的混合双稳态壳结构.利用数值仿真方法研究了其稳态转变过程中的力学性能,探讨了中间金属层厚度、铺层角度、初始横截面半径以及轴向长度对混合材料双稳态壳结构承载能力与第二稳态构型的影响规律.通过主次影响分析方法比较各几何参数对力学响应的重要程度.基于响应面方法,建立了以混合材料双稳态壳结构几何参数为设计变量、以许用应力为约束、以转变载荷最大为目标的优化模型,并采用序列二次规划算法进行了求解,获得最优的设计参数.研究结果对于提高双稳态结构力学性能具有一定的参考价值.