摘要：针对某大型无人机机身轻量化需求,以选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)制造的承载接头结构为研究对象建立有限元模型,基于ANSYS Workbench计算接头结构在不同极限工况下的强度、刚度性能,并根据材料最大许用应力准则进行校核.采用拓扑优化变密度法,以应力最小化为目标、保留质量40%为响应约束,对接头结构进行拓扑优化,根据优化结果设计两种重构方案并进行静力学验证.结果表明,两种模型重构方案分别减重了13.8%和13.3%,在轻量化程度相近的情况下,方案Ⅱ明显具有更小的应力分布以及变形程度,即最优重构方案成功实现轻量化设计,与原结构件相比质量减轻13.3%,且相较于其他方案承载能力最强,满足静态结构设计要求.为大型无人机承载接头结构实现低成本、轻量化的结构设计探索了新的途径.

摘要：研究并探讨了基于应力的双向渐进结构拓扑优化(BESO)法在修正偶应力弹性理论中的应用.该方法允许对尺寸问题相关的微观结构均质连续体进行拓扑优化.其通过引入一种与尺寸相关的,基于修正偶应力理论的,非经典等效应力的新颖公式,对经典的BESO技术进行了扩展,并在体积约束的条件下进行应力最小化设计.设计变量的迭代更新依赖于灵敏度分析,其涉及对目标函数p范数全局应力的直接求导.理论中涉及高阶弹性,因此为了满足有限元实现时需要的C1节点连续性,在插值中将传统的Lagrange插值与一个含待定系数的插值函数相结合.通过三个不同的数值算例,分析了尺寸效应对应力优化设计过程及结果的影响.同时探讨了其他参数包括范数p值和材料体积分数的作用.获得的研究结果证明了所提出的基于应力的BESO方法在涉及尺寸效应相关的拓扑优化设计方向的潜力.

摘要：随着压电柔顺机构在航空航天及精密加工等高频振动环境中的广泛应用,亟需发展大行程、高频响压电柔顺机构的拓扑优化方法.现有的拓扑优化方法侧重于提高柔顺机构的输出行程,而忽略了其动态特性.文章提出一种考虑基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法.首先,为了更准确地描述压电驱动器与柔顺机构间的相互作用,将压电驱动器直接耦合进柔顺机构的优化分析模型中,建立了压电柔顺机构机-电耦合优化分析模型.其次,以输出位移为目标函数,基于变密度法,建立了考虑结构基频约束的压电柔顺机构拓扑优化方法.采用p-norm凝聚函数来近似结构基频,避免了迭代过程中特征值重复和模态切换所引起的不可导问题,并利用伴随法和链式求导法推导了目标函数和基频约束对设计变量的灵敏度.最后,通过数值算例验证了所提优化方法的有效性,讨论了基频约束对优化结果的影响.数值算例结果表明,所提方法迭代过程快速,收敛性好,能够在满足基频约束的前提下,实现输出行程最大化的设计.与仅考虑柔顺机构输出位移的优化结果相比,采用本文提出的方法所得优化构型的材料分布明显不同,且随着基频约束的增大,优化构型的基频相应变大,而输出位移变小.

摘要：BV500型可控震源振动器在川渝地区作业过程中,由于平板设计不合理,导致振动能量下传率低、激发信号畸变严重。因此,引入连续体拓扑优化方法,采用固体各向同性材料惩罚(Solid Istropic Material with Penalization,SIMP)模型变密度法,从降低质量和增加刚度两个方面对BV500型可控震源振动器平板进行优化设计,创新研制了一种“八边形工字钢-20a”平板。优化后平板质量减轻了45.29%,平板刚度提升了79.92%,并开展了优化前后平板激振性能研究。仿真研究结果表明,与原铝合金整体平板相比,“八边形工字钢-20a”平板的能量下传率提高了15.11%,地表接触中心点位移振幅增大了43.74%,互作用力振幅提升了40.56%。现场实验表明,“八边形工字钢-20a”平板激振时,检波器近场信号平均振动速度有效值提升了22.23%,检波器远场信号平均振动速度有效值提升了39%,规律与可控震源道路激振数值仿真模拟结论一致。“八边形工字钢-20a”平板激振性能优于原铝合金整体平板,有效改善了BV500型可控震源在川渝地区道路激振效果。

摘要：采用拓扑优化方法设计了一种仿肺状结构的新型冷板结构,利用双目标优化函数得到了拓扑优化后的模型,分析了不同体积分数和加权系数对其散热性能的影响。结果表明:在流体体积分数为0.6时,冷板结构的散热效果最好;当热目标占主导时(a∶b=0.9∶0.1),流道分支较多,散热效果较好。通过与传统七通道直流冷板的对比实验发现,基于拓扑优化的仿肺状结构冷板具有更好的散热效果和较低的压降。

摘要：为探究基于增材制造的拓扑优化设计方法在商用车轻量化领域的应用价值,将商用车后处理器支架作为试验对象,通过拓扑计算、几何重构、打印仿真分析等优化流程,提出了2种材料的优化方案设计,利用选区激光熔化(SLM)工艺完成实物增材制造。最终,2种方案均通过了8000 km强化路台架试验验证,结果表明,基于增材制造的拓扑优化设计方法满足设计及性能要求。

摘要：当前,一些桥式起重机主梁因沿用以往的经验进行设计而导致用料冗余,为提高作业效率,需要对桥式起重机主梁进行优化设计。拓扑优化中常用的变密度法(SIMP)会产生灰度单元,致使结果边界不清晰。为解决此问题,文中采用一种SIMP与参数化水平集法(PLSM)相结合的方案,通过SIMP法获取结构的主传力路径,选择径向基函数(RBF)提取传力路径边界,构建初始水平集函数,利用PLSM法对结构进一步优化。最终,成功实现了对桥式起重机主梁的拓扑优化,重新设计的主梁在质量减少1.7%的同时刚度得到了显著提升。

摘要：为避免在盾构施工中出现危险操作,提出一种基于拓扑优化和二次设计的管片吊机设计方法。在MATLAB中进行吊机夹持机构的拓扑优化设计,优化结果表明:获得的吊机夹持机构拓扑构型符合机械性能设计,其应力分布满足静强度要求。在Pro/E中根据拓扑优化结果进行了二次设计,通过运动学分析验证了其有效性,并进行了管片吊机的整体设计及装配。

摘要：采用拓扑优化进行工程设计受到广泛关注,引入考虑破损-安全的基于ICM和对偶模型的连续体结构拓扑优化方法,对混凝土空箱结构进行优化设计。首先基于ICM和对偶模型建立拓扑优化数学模型,对混凝土结构进行拓扑优化设计;然后制作拓扑优化后的混凝土空箱结构试件,对单轴压缩过程中的应变进行测量,并开展空箱试件的数值模拟分析。物理试验与数值模拟结果对比分析表明,拓扑结构应变行为和荷载应变密度变化规律基本一致,该拓扑优化方法能够在有效避免最优构型的结构频率敏感于局部破损的前提下有效减小混凝土体积,达到节省工程建设投资的目的。

摘要：本文针对工业机器人负载的减重设计,将优化设计的目标放在了RV减速器的摆线轮上。参数化建模摆线轮。通过拓扑优化设计,将优化目标定为在满足强度的基础上选择最优的重量比。添加约束与负载。最终得到相应的拓扑优化完成的案例,实际减重30%。满足设计要求。