摘要：为了改善正时罩的声品质性能,建立正时罩的有限元模型.提取连接螺栓处在整机多体动力学计算中的振动位移,并作为正时罩频率响应的激励施加于正时罩螺栓孔.对比正时罩测点的振动加速度级的仿真值与测试值,发现两者在趋势及幅值上较吻合,验证了频率响应的准确性.建立正时罩边界元模型,并将频率响应计算结果作为声学边界元的边界条件预测辐射噪声.采用表面振动速度测试值计算辐射噪声声功率,并验证声学预测的准确性.依据Moore响度模型编写响度计算程序,并计算出正时罩辐射噪声响度.确定响度贡献较大的几阶约束模态,通过多目标拓扑优化布置加强筋,以提高刚度使模态频率与激励峰值频率分离,最终降低正时罩辐射噪声响度.仿真结果表明:正时罩辐射噪声响度由49.8sone降到46.5sone,降幅达6.7%,人主观可以感受到噪声舒适性得到改善;辐射噪声声功率级总值由84.7dB降低到83.8dB,降低0.9dB.

摘要：为在电动汽车车身概念设计阶段得到合理的承载结构,综合考虑静动态特性,进行了多目标拓扑优化。基于带惩罚的实体各向同性材料(SIMP)理论,采用折衷规划法定义静态多工况目标函数,用平均频率法定义动态振动频率目标函数,并通过对各目标函数归一化消除其数量级差异;利用优化准则法更新设计变量进行优化迭代,得到同时满足静态刚度和动态振动频率要求的电动汽车车身拓扑结构。

摘要：针对微小卫星对星敏感器的特殊要求,结合星敏感器特殊的工作性能和环境,采用拓扑方法对星敏感器支撑结构进行多目标优化设计并进行有限元分析和试验。首先,对模态分析和随机振动响应的基本理论进行介绍,推导出多目标拓扑优化的表达公式;其次,以支撑结构的体积最小和星敏感器在支撑结构上的四个安装点RMS值最小为目标,以最低自振频率为约束,建立支撑结构的拓扑优化模型,利用Opti Struct软件对其进行拓扑优化设计;然后利用***&Nastran有限元分析软件对优化后的支撑结构进行模态分析和随机振动响应分析,得到基频为327 Hz,安装点RMS值的放大率最大为1.55;最后,对支撑结构进行振动试验,试验结果和有限元分析结果的相对误差最大为6.68%,二者吻合较好,该星敏感器支撑结构满足微小卫星对其性能指标的要求。

摘要：结构刚度、振动及开口处强度影响开口甲板服役寿命。针对开口甲板型式,以多项式惩罚模型(Polynomial penalization model,PPM)为理论依据并辅以三段式延拓(Three-stage continuation,TSC)法,提出一种基于折衷规划法(Compromise programming method,CPM)和改进博弈论四重组合赋权法(Improved fourfold combination weighting model of game theory,IFCWGT)的强度-刚度-振动多目标拓扑优化(Topology optimization,TO)综合策略。为缓解传统变密度法收敛至局部最优解及局部模态问题,将应用TSC技术的PPM引入至开口甲板多目标概念设计领域。建立结合CPM和PPM-TSC的最大单元应力最小化、静态多应变能最小化、动态多频率最大化的多目标TO模型并应用β法以获取Pareto妥协解。提出利用博弈论思想无偏好耦合层次分析(Analytic hierarchy process,AHP)法、熵权法(Entropy weight method,EWM)、基于层间相关性(Criteria importance through intercriteria correlation,CRITIC)法及变异系数法(Coefficient of variation method,CVM)的IFCWGT策略,以得到兼具设计决策者主观价值和数据客观性的子目标综合权重因子。研究表明,所提出的融合四种主客观赋权法的IFCWGT技术在子目标权重分配及开口甲板拓扑性能、拓扑布局方面更具先进性。

摘要：基于网格类方法的结构拓扑优化易出现网格依赖性和棋盘格等数值不稳定现象。采用无网格伽辽金(Element-free galerkin,EFG)法建立了正交各向异性材料热力耦合周期性结构的多目标拓扑优化模型,以结构柔度和散热弱度的加权函数为目标函数,并通过重新分配不同子域内对应节点处的目标函数灵敏度保证结构的周期性。研究了权系数、设计子域数、泊松比因子、热导率因子及材料方向角对EFG最优多目标周期性拓扑结构和目标函数的影响,并得到了上述参数值的合理范围。与有限元拓扑优化结果对比验证了模型的正确性,结果表明该模型不使用敏度过滤技术也能获得清晰的结构轮廓边界,并利用3D打印技术加工了最优周期性结构。最后,选取了一组最优参数对正交各向异性材料结构进行了EFG多目标周期性拓扑优化设计,并与各向同性材料结构对比发现,正交各向异性材料最优周期性拓扑结构的温度场、位移场和应力场均有明显改善,加权目标函数、结构柔度和散热弱度分别降低了6.5%、32.6%和48.6%,体现了正交各向异性材料多目标周期性结构的性能优势。建立的无网格法拓扑优化模型,为复合材料周期性结构的轻量化设计提供了重要的理论指导。

摘要：机油冷却器盖属于薄壁件,距离振动激励源较近,容易产生较大的振动噪声,且内腔冷却液的存在对机油冷却器盖的振动噪声有着很大的影响。为有效的对塑料机油冷却器盖的振动噪声进行仿真研究及优化,将流体冲击压力作为预应力的同时,结合塑料机油冷却器盖与内腔流体的流固耦合模型,采用流固耦合的方法对塑料机油冷却器盖的振动噪声水平进行了预测评估;根据预测结果,识别出对噪声贡献度较大的耦合模态频率;以降低塑料机油冷却器盖整体噪声为总目标,并提高各贡献度较大的耦合模态频率为子目标,利用加权指数法建立了多目标优化函数,并对塑料机油冷却器盖结构进行了多目标拓扑优化。结果表明,优化结构设计后降噪效果明显,总声功率级降低了1.79 d B。

摘要：为了实现行驶工况极为恶劣的矿用车的车架结构的静动态多目标拓扑优化,以静态多工况下刚度和动态多个低阶频率为目标函数,提出了一种车架多目标拓扑优化方法。基于变密度法建立车架结构拓扑优化模型,采用折衷规划法确定多工况刚度拓扑优化目标函数,以平均频率法确定振动频率目标函数,并利用层次分析法选定子目标权重。优化结果显示车架的刚度和固有频率均有提高。对优化后的新车架和原车架进行疲劳寿命的对比分析,结果表明:采用多目标拓扑优化后车架的疲劳寿命明显提高,改善了车架的使用性能。

摘要：针对传统方法在拓扑优化中会出现局部应变集中的缺陷,提出了一种基于整体有效应变的柔顺机构多目标拓扑优化方法.该方法不再以应变能最小作为目标函数,而是以整体有效应变最小来表征机构的刚度最大,从而将应变均匀地分布在整个系统中.考虑到柔顺机构对刚度和柔度的要求,以整体有效应变最小化和互应变能最大化为目标建立了多目标拓扑优化模型,在变密度法的基础上,利用妥协规划法研究了柔顺机构的多目标优化问题.其中,目标函数的灵敏度分析采用伴随矩阵求解方法,并采用移动渐进算法求解拓扑优化问题.最后,通过柔顺夹钳设计的数值算例来说明该方法的有效性和先进性.结果表明,该方法能够减少基于传统优化方法的结构中的局部大应变,从而有效提升柔顺机构的可靠性.

摘要：给出一种柔顺机构几何非线性多目标拓扑优化设计的新方法。首先,建立增量形式平衡方程,采用Total-La-grange描述方法和Newton-Raphson载荷增量求解技术获得几何非线性的结构响应。其次,建立适合求解几何非线性的多目标拓扑优化数学模型,目标函数以平均柔度最小和几何增益最大来满足机构的刚度和柔度需求,提出用标准化方法建立多目标函数,利用决定函数得到最优妥协解。目标函数敏度分析采用伴随求解技术,拓扑优化采用固体各向同性材料插值方法,并用移动近似算法进行迭代求解。最后,通过算例说明以上方法的正确性和有效性。研究结果表明,运用该柔顺机构几何非线性多目标拓扑优化方法能够在刚度和柔度之间找到最优妥协解,不但提高机构柔度,而且提高机构刚度,同时也说明对柔顺机构进行几何非线性拓扑优化的必要性。

摘要：为实现汽车保险杠蒙皮的轻量化设计,综合考虑动静态特性,将多目标拓扑优化的方法引入保险杠的结构设计中。为实现保险杠蒙皮的多目标拓扑优化,应用折衷规划法建立了保险杠蒙皮多目标拓扑优化数学模型,采用平均频率法建立了动态振动频率数学模型,进行了多目标拓扑优化。根据优化结果得到了材料的理想分布,结合塑料件薄壁化技术采用局部区域变薄的方式减少材料用量达到轻量化的目的。结果表明：局部区域变薄的保险杠的刚度和固有频率均明显优于保险杠整体壁厚变薄,最终得到了同时满足刚度和低阶振动频率最高的保险杠蒙皮局部区域厚度变薄结构。