摘要：柔性机构在制造和运行过程中会存在各种不确定因素。基于多椭球凸模型描述,考虑荷载及材料属性的不确定性,采用人工弹簧方法和几何非线性有限元分析手段,提出以输出端位移最大化为目标、具有最小输入端性能约束的柔性机构拓扑优化数学模型。采用伴随法给出设计变量灵敏度计算公式,提出数值计算不稳定性的简易处理方法,利用数学规划法实现优化问题的求解。反向器机构和微夹钳机构的设计算例验证了所提出优化模型的正确性及算法的有效性,并通过与确定性设计结果的比较,说明了在柔性机构拓扑设计阶段考虑不确定性的重要意义。

摘要：研究了金属预成形设计中的形状优化设计问题及相应的求解算法,并讨论了凝聚函数在这类问题中的应用。金属预成形设计在本质上是一类反问题,给出采用形状优化设计方法求解这类问题的数学模型,讨论了目标函数构造方法对数值计算收敛性的影响。提出采用凝聚函数将∞-范数形式的形状误差函数转化为光滑可微的目标函数,显著提高了求解以金属预成形设计为背景的优化问题的收敛性。采用流动模型描述金属材料高温下的变形过程,利用基于梯度的数学规划方法求解了金属预成形优化设计问题。数值算例验证了所提出方法的有效性。

摘要：以考虑运动学性能的回转运动体材料最优分布问题为背景,提出并求解了转动惯量约束下的三维结构拓扑优化问题。常规的结构拓扑优化通常构造为给定材料体积约束下的结构最小柔顺性问题。本文指出,引入结构转动惯量约束对于回转结构的拓扑优化具有重要意义。本文将重量约束下的优化准则法计算格式拓广到单个转动惯量约束下的最小柔顺性问题,而对于包含转动惯量约束的多约束问题采用数学规划法求解。本文给出的数值算例验证了所提出算法的正确性,并且表明引入转动惯量约束后可得到与常规拓扑优化问题不同的结构布局形式。

摘要：为讨论附加阻尼材料层壳体结构在受简谐激励作用时阻尼材料最优分布,采用类似SIMP方法的人工阻尼材料模型构造拓扑优化模型。设计目标为给定阻尼材料用量最小化的结构动柔度,以阻尼材料相对密度作为设计变量。对结构呈现非比例阻尼特性,采用在状态空间下降阶后的复模态叠加法计算结构稳态响应及动柔度。优化过程中用伴随变量法对动柔度进行灵敏度分析。通过拓扑优化算例,验证所提模型及方法的合理性与有效性。

摘要：The aim of this study was to optimize the conditions for the extraction of low-abundance proteins（LAPs） and the removal of abundant proteins（APs; β-conglycinin and glycinin） from soybean *** factor and orthogonal experiments were designed to determine the effects of four factors（isopropanol concentration, total extraction time, ultrasonic power, and ultrasonic time） on protein concentration in isopropanol *** in the isopropanol supernatant and the cold acetone precipitate of isopropanol were identified by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis（SDS-PAGE） and matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometry（MALDI-TOF-MS）.The results showed that the optimal conditions were 50% isopropanol, ultrasonic pretreatment for 15 min at 350 W, and a total extraction time of 1 *** these conditions, the protein concentration in the isopropanol extracts reached 0.8081 g/*** LAPs were detected, including β-amylase, soybean agglutinin, soybean trypsin inhibitor, fumarylacetoacetase-like, phospholipase D alpha 1-like, oleosin, and even some unknown soybean *** soybean APs（β-conglycinin and glycinin） were not *** method may be useful for discovering new soybean proteins and extracting enough LAPs of soybean to allow further studies of their physiological effects on animals without the influence of APs.

摘要：讨论了敷设阻尼材料的薄板结构考虑瞬态响应时阻尼材料层的最优布局问题。基于SIMP方法构造人工阻尼材料惩罚模型和结构拓扑优化模型,以阻尼材料的相对密度作为设计变量,在给定阻尼材料用量的条件下,最小化结构瞬态位移响应的时间积分。由于结构整体呈现非比例阻尼特性,采用逐步积分法对结构的振动方程进行求解。通过伴随变量法得到目标函数对设计变量的灵敏度表达式,在此基础上采用基于梯度的移动渐近线方法求解。数值算例验证了优化模型与算法的合理性和有效性。

摘要：包含多个内嵌功能组件及支撑结构的多组件结构因其轻量化、多功能等优良特性被广泛应用于航空航天等领域.已有的多组件结构拓扑优化研究大多基于理想界面假设,忽略了材料连接界面可能发生的破坏.本文针对包含多个内嵌式功能性组件的结构,考虑连接界面的力学性能,对组件的形状、布局及支撑材料的拓扑进行协同优化,以实现多组件结构的优良承载性能.首先,基于超椭圆模型对内嵌组件的形状及布局进行显式的参数化描述,并构造其水平集函数表达;进而,结合组件及支撑材料的水平集拓扑描述、内聚力模型及扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM),在固定网格下对随优化迭代不断演化的结构拓扑及连接界面的力学性能进行准确描述;进一步,建立水平集法框架下考虑界面力学性能的多组件结构拓扑优化列式,基于伴随变量法推导解析的灵敏度并采用梯度优化算法求解优化问题.本文采用该优化框架分别对内嵌组件的悬臂梁和MBB梁进行协同优化,在优化过程中,发现组件的初始布局对最终设计有很大的影响,并且可能导致不良结构.为了避免此情况,本文提出了两个阶段的优化策略,即首先对组件布局和形状进行优化,再进行结构和内嵌组件的协同优化.数值结果显示,在优化结果中功能性组件及界面通常分布于结构受压应力作用的区域,且连接界面最优形状呈现为曲率较小的光滑曲线,该设计避免界面发生拉伸及剪切破坏,有效提高了结构的承载力,同时也表明了本文所提出考虑连接界面力学性能拓扑优化方法的有效性.

摘要：以有限元分析方法和结构优化理论为核心的结构优化设计方法,是目前面向工程的有效数值仿真方法。本文介绍了(载人航天)结构优化设计的数值方法及其工程应用,包括结构静力、自振、屈曲、瞬态响应等力学性能的设计灵敏度分析方法,结构拓扑优化方法及自主软件JIFEX关键技术,并示以载人航天工程产品结构设计实例。

摘要：基于Taguchi方法,以射孔枪管形状参数中的管半径、射孔枪孔眼半径和开孔数为3水平试验因素,设计出一个3因素3水平正交表,通过有限元数值试验,计算了结构的极限载荷和位移。通过对结果进行极差和方差分析,确定了形状参数对结构性能的影响水平,综合考虑极限载荷和最大径向位移,采用区间取值(RTV)综合评分法进行了多目标结构参数优化。分析发现管径增大导致极限载荷增加,孔径和孔数增大导致极限载荷减小;管径、孔径和孔数增大都导致径向位移增大;在各种参数中,孔径的影响最为明显。

摘要：1 结构拓扑优化设计的均匀化方法 基于均匀化方法的连续体结构拓扑优化,是近年来结构优化领域中最重要的研究进展。均匀化方法就是在均质基体材料中引入某种形状的材料或孔洞,构成周期性密布的微结构(如图1),运用均匀化理论建立宏观等效材料性质的非线性函数,进而可用通常的方法对具有微结构的宏观等效材料及其结构进行力学分析。优化材料的微结构不仅可以改变材料分布以及结构的拓扑布局,而且可以设计材料的性能。