摘要：针对运载火箭结构静力试验中工装部件多、重量大的情况,开展轻量化设计,提出一种加载装置精细拓扑优化方法。基于变密度法,构造了以柔顺度最小为目标函数、以体积比为约束条件的拓扑优化模型,通过分段选取材料密度值,实现了结构精细拓朴。根据优化结果确定主承力结构及可减重部分,采用最小二乘法对结构不规则边界进行曲面拟合以提高其工艺性。最终承载1 500 t轴压的加载装置单个减重19.7%,结构应力和变形减小且分布更为均匀。本研究对于飞行器结构力学试验高承载部件的设计具有参考意义和实用价值。

摘要：以单元的应变能灵敏度为优化准则,利用ANSYS APDL语言二次开发了混凝土深梁构件拓扑优化方法。通过舍弃掉单元应变能灵敏度较低,对结构荷载刚度贡献较小的单元,最终优化得到结构的关键受力桁架;并通过双开洞深梁进行了结构拓扑优化演算验证。结果表明,拓扑优化算法能很好地反映实际结构试验中的传力路径及应力分布,可为深梁结构的配束设计提供参考依据。

摘要：项目提出了典型空箱结构拓扑构型和工作性态复核两阶段式的结构拓扑优化方法,对空箱结构、边界条件及材料属性等进行建模分析、拓扑优化物理模型试验验证,并通过规则化处理获得了典型空箱结构拓扑优化的工程方案。

摘要：结构拓扑优化在过去的三十年里经历了巨大的发展,充分利用高性能计算资源有助于拓宽拓扑优化在大规模设计问题中的应用。本文提出了一种针对一般三维拓扑优化的基于子区域的并行策略。通过子区域划分、矩阵运算、引入单元硬杀算法,优化过程得以显著提速.将该策略整合进高效、简洁的Python代码;该代码可适用于任意形状的设计域.附录一中给出的完整代码,易于扩展,扩展后可解决多类优化问题.通过求解四个柔度最小化问题展示了该策略的高效性.本研究在机械工程、先进制造,以及建筑设计等领域有潜在的应用价值.

摘要：提出了一种含自重载荷的功能梯度材料(FGM)结构时域动力学拓扑优化设计方法。在固体各向同性材料惩罚(SIMP)框架下,提出了一种针对FGM-SIMP的结构自重载荷分布策略。以FGM结构动柔度最小为优化目标、以结构体积为约束,建立了动力学结构优化列式。基于伴随法,在时域内进行了灵敏度推导,并用移动渐近线方法进行求解。通过二维和三维典型数值算例系统研究了含自重载荷下FGM结构的拓扑优化设计问题,并深入探讨了自重载荷和材料梯度分布方向对结构优化结果的影响,发现自重载荷和材料梯度分布方向对FGM结构的优化构型和动刚度具有很大影响。最后,以均一材料(FGM的特例)为例,通过数值仿真和实验测试方法验证了所提方法的有效性,并证实了所提方法可有效提高结构的固有频率和结构动刚度。

摘要：在航空航天、汽车、集成电路等领域,设备结构的热防护问题是广泛研究的热点。传统基于经验的结构设计方法已不能满足实际工程对热防护结构的高性能需求,拓扑优化设计技术的发展为工程热防护结构的设计带来了一条新的途径。基于变密度法研究了稳态热传导条件下散热结构拓扑优化设计问题。以材料密度为设计变量、材料体分比为约束,建立了以结构散热弱度最小化为目标的拓扑优化模型。在传统优化准则法中引入灰度过滤机制,提出敏度过滤和灰度过滤相结合的过滤机制,实现设计变量的更新,有效抑制了灰度单元的产生;将预处理共轭梯度法引入三维散热结构拓扑优化设计中,提高了计算效率。采用二维和三维算例,验证了所构建拓扑优化模型和提出方法的可行性和有效性。

摘要：针对以结构柔顺度最小为目标函数,涉及空腔制造的最小长度尺寸限制的结构拓扑优化设计问题,提出了一种新的拓扑优化求解方法。首先,为了消除现有的结构实体相及空洞相的相同的光滑Heaviside映射导致的强烈对立矛盾,引入光滑Heaviside映射和修改的光滑Heaviside映射分别进行实体相及空洞相的设计变量过滤;而后,构建了合理和协同的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化模型;利用MMA算法,形成了一种新的涉及实体相和空洞相的几何最小长度尺寸限制的结构拓扑优化算法。给出的算例结果表明,与现有方法比,该方法可解决结构实体相和空洞相的几何最小长度尺寸控制问题。且所提方法可获得清晰0/1分布的优化结构拓扑。

摘要：为了提高拥有数万个单元以上的三维机械结构拓扑优化的计算效率,基于渐进结构优化方法,并结合结构位移计算的迭代方法,建立一套三维机械结构拓扑优化的求解策略和算法。然后,构建分别用于结构分析和结构优化迭代的两套数据流和它们间的映射方法,研究和开发三维机械结构拓扑优化设计软件。完成几个典型和复杂的三维机械结构的仿真优化设计。设计结果表明,发展的方法和软件是正确和有效的,且具有广泛的工程应用前景。

摘要：用 ANSYS软件对某集装箱半挂车车架进行了结构拓扑优化设计。探讨了拓扑优化设计过程中 ,基本结构建立、优化过程控制及优化结果分析与应用等问题 ,分析了 ANSYS软件中有关拓扑优化函数的应用方法。实现了拓扑优化方法在汽车结构的初始设计过程中的应用。

摘要：使用Zernike多项式表征镜面的变形,应用伴随变量法推导Zernike系数对拓扑优化设计变量的敏度,克服了差分法求解敏度时计算量大的问题,实现了基于Zernike系数直接建构具有成千上万设计变量的优化模型的目标函数以及设计约束.同时,在有限元数值离散的理论框架下,采用有限单元基函数以及单元数值积分的程序实现了结构变形以及Zernike系数的求解,简化了计算流程的同时还能保证计算精度.本文算法可以对目标函数或约束为线性组合的Zernike系数的一般结构拓扑优化模型进行优化,具有一定的泛用性.