摘要：以玄武岩纤维为增强材料,增强聚乳酸拉伸力学性能使其满足汽车非金属产品的力学性能要求,同时利用多材料方法设计产品,实现轻量化。首先研究了玄武岩纤维含量与其复合材料的关系,通过多材料设计方法并以零件的实际工况为设计条件对产品进行再设计。利用多岛遗传算法(MIGA)与遗传算法-响应面(GA-RSM)模型结合的优化方法寻求最优材料参数组合。结果表明:玄武岩纤维可提高聚乳酸的力学性能,GA-RSM模型在预测值时有较高的精确性,通过以上设计方法,使零件质量降低了9%。以上结果证明了聚乳酸复合材料可作为石油基材料的替代品应用到汽车产品研发中;多材料设计结合MIGA的方法可实现汽车产品轻量化。

摘要：复合材料优化设计为负泊松比结构提供更大的设计空间,可以充分挖掘材料的各种潜力。为实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计,文中基于序列插值法,对多材料密度进行归一化处理,得到了多材料插值模型,该模型能够使多材料在设计域内向不同材料点集合,可以在单一设计变量下完成多材料拓扑优化设计,无需增加额外设计变量。结合能量均匀化理论,以等效负泊松比为优化目标,进行相应的灵敏度分析,对优化模型进行求解,最终得到了具有负泊松比效应的多材料微结构。然后根据优化结果,对拓扑构型进行重构,并进行有限元分析,得到的结构具有负泊松比效应,结果表明,该方法能有效实现多材料负泊松比微结构拓扑优化设计。

摘要：针对传统单材料热固耦合拓扑优化设计难以实现结构材料与性能综合最优的问题,提出一种基于变密度理论有序材料属性有理近似模型的多材料拓扑优化方法.该方法通过搭建比例系数与平移系数,将多种材料属性采用[0,1]连续分布的单设计变量进行描述,并研究和比较与有序固体各向同行惩罚微结构模型的优缺点;其次借助归一化加权方法定义以结构柔度最小化和散热弱度最小化为目标函数的数学模型.结合设计变量敏度分析,详细推导多材料、多目标条件下热固耦合结构拓扑优化的迭代公式.通过数值算例分析对比了不同权系数以及不同材料属性组合对优化结果的影响;结果表明,所提出的优化方法在热固耦合结构多材料多目标拓扑优化设计中具有可行性和有效性.

摘要：通过多种材料并用与结构合理设计的途径实现了动力电池包箱体的结构轻量化。首先,建立了系统多材料选材与优化流程方法,基于水平分析的试验设计并利用极差与方差分析选择多材料;然后,采用RBF近似模型拟合,MIGA遗传算法优化系统结构。最后对某实例车型动力电池包箱体改进设计。结果表明:多材料箱体刚度、模态提升显著,并减重8.72 kg,相比原结构减重率达47.3%,验证了系统多材料选材与优化方法的有效性,可为提升电池包箱体结构可靠性与轻量化水平提供参考。

摘要：针对结构和外声场相互作用的声振强耦合系统,建立了基于混合有限元-边界元的多材料拓扑优化设计方法。为处理优化过程中声振耦合面的变化,设置固定的虚拟界面将计算域划分为有界域和无界域,分别由混合位移-压力有限元方法(混合有限元方法)和边界元方法进行离散。运用混合有限元方法能够避免对声振耦合面的显式表征,且能使有限元与边界元离散交界面固定不变,有效减少计算成本。运用有序固体各向同性材料惩罚模型,建立单一设计变量下的多材料拓扑优化模型。以结构的辐射声功率级作为优化的目标函数,并采用伴随变量法进行灵敏度分析,最后通过移动渐进线优化算法对优化问题进行求解。通过基于Heaviside函数的分段投影密度滤波器进行优化后处理,得到数值稳定的多材料优化设计。数值模拟表明,该研究建立的多材料优化方法不仅具有高优化灵活度,同时可以降低声振耦合系统的辐射声功率级,是一个有效的拓扑优化方法。

摘要：提出了一种基于深度卷积神经网络(CNN)的多材料结构拓扑优化方法,实现在不需要任何迭代分析的情况下,在极短的时间内预测出多材料优化结构。研究中,采用了流行的U-Net网络结构,以提高神经网络的边界提取能力。通过有序多材料SIMP(各向同性实材料惩罚密度法)插值方法(Ordered SIMP)生成随机加载条件、质量分数及成本分数下的多材料优化结构数据集,训练得到深度学习神经网络。将所提出方法的效率和精度与传统算法进行比较,对该方法的性能进行评价,结果表明,该方法在几乎不牺牲设计方案性能的前提下,显著降低计算成本。该方法对于拓扑优化在未来多材料结构设计实践中具有巨大潜力和广阔应用前景。

摘要：碳纤维增强复合材料(CFRP)具有抗热冲击、抗拉强度高、耐腐蚀等优点,已广泛应用在机器人、航空航天、工程装备及其他领域,用CFRP来制备液压缸能够大幅度提升液压系统的轻量化的水平,帮助系统降低能耗。本文从复合材料缸筒、活塞和活塞杆、成型工艺、密封润滑和发展趋势五个方面综述了CFRP液压缸的发展现状,介绍缸筒和活塞中金属与复合材料之间的联接方法及多材料设计的参考准则,并对手糊式、缠绕式、拉挤式、树脂传递模型成型等加工工艺进行介绍,然后讨论了CFRP液压缸存在的密封、摩擦、动态响应等问题,最后从涂层、加工、后处理给出了碳纤维液压缸的发展趋势。