摘要：结构拓扑优化是最近几十年里最热门的理论研究领域之一。结构拓扑优化设计方法的重大意义就在于,改变传统的经验设计和直觉设计方法,而是通过设定目标函数、设计变量、约束条件,建立数学模型进行自动的优化设计,从而得到最优设计方案。通过各国理论研究工作者几十年不懈的努力,结构拓扑优化已经具有了很强的实用价值,并诞生了一些可以辅助进行结构拓扑优化设计的软件产品,Altair的OptiStruct就是其中的代表。在近期举办的"2007 Altair首届大中国区用户技术大会"上,我国结构拓扑优化理论研究的专家大连理工大学的程耿东教授受邀发表了精彩演讲,本刊记者整理了部分演讲内容,帮助读者了解结构拓扑优化。

摘要：随着级进模向大型、复杂、精密的方向发展,冲模吨位的增加与产品尺寸精度要求的提高在传统级进模设计方法下几乎成为不可调和的矛盾,生产中为保证模具刚度盲目提高安全系数,往往导致模具过于厚重。以某行李箱支架多工位级进模为研究对象,分别基于Dynaform和Deform软件,获得了该行李箱支架成形、冲裁、复合等级进冲压工序所包含的共18工位的成形力及冲裁力;利用自主开发的载荷映射工具将冲压节点力施加到模具三维有限元模型上,分析了冲裁、成形及极端受力三个工况下模具的变形情况;结合优化理论进行模具母体结构分析,明确了优化空间,对模具垫脚及托板进行了拓扑优化及重构。与传统结构相比,优化重构后的模具母体结构在不增加模具变形量的同时减重22.4%,实现了模具的轻量化设计。

摘要：桥梁结构一般受到恒载和活载的作用,在其结构的拓扑优化过程中必须考虑载荷的变化.为了解决桥梁结构拓扑优化的应用问题,首先给出了桥梁结构的优化数学模型,结构活载采用效率活载替代;而后导出了涉及桥梁结构恒载和活载的多载荷工况的位移灵敏度公式,建立了考虑应力和位移要求的多约束三维结构优化算法.给出的两个拱桥仿真算例验证了方法的有效性和正确性.

摘要：以某发射装置底架为研究对象,在优化软件Hyper Mesh中建立其有限元模型,并确定底架在4个典型工况下的载荷及约束条件。在Optistruct模块下,通过变密度法对底架在4个典型工况下进行两次拓扑优化,达到了轻量化目的。对模型进行了有限元划分,将其简化为2D板壳单元,仍然取4个极限工况对模型进行静力分析,验证底架变形量与最大应力是否均在许用范围之内,实现了对底架的全新结构设计。

摘要：为解决新能源车用永磁同步电机端盖振动引起电机噪声的问题,将电机端盖建立等效数字化物理三维模型,利用有限元分析软件对端盖模型进行振动模态分析。通过模态分析得到端盖的计算模态及模态振型并采用轻量化设计方法对电机端盖进行结构拓扑优化;通过对比端盖优化前后的计算模态及模态振型,证明优化后的端盖在保证端盖刚度的前提下,可以有效提高电机端盖的模态频率并减小端盖振幅,远离与电机发生共振的频率范围,对车用永磁同步电机的结构设计有重要的指导意义。

摘要：为实现某发动机支架轻量化设计,在支架总成整体结构有限元分析的基础上,运用等效刚度原则建立支架局部有限元模型,得到不同工况下的支架位移分布结果.基于TOSCA软件,通过提取结构分析结果对支架结构拓扑优化模型进行敏度分析并形成优化模型列式.优化求解后,在每轮循环迭代中将新的单元密度值重新赋予结构模型,直至满足预先给定的收敛判定条件;设置过滤半径和各类制造加工约束,消除结构拓扑优化中的数值不稳定性问题,改善优化结果的可加工性.对优化前后的计算结果进行对比分析.

摘要：为了有效解决拓扑优化过程中所存在的棋盘格与灰度单元等数值不稳定问题,提出一种基于混合式过滤策略的结构拓扑优化方法。该方法首先构建了基于混合式拓扑优化密度插值模型,保证了其在设计域的连续性,从数学本质上可消除棋盘格现象;然后在传统优化准则中叠加灰度过滤策略,提出一种灵敏度过滤和灰度过滤相结合的改进过滤技术,从而实现结构的拓扑更新,该方法能有效抑制灰度单元;最后通过三个典型数值算例进一步验证了本文方法的可行性和有效性。

摘要：为解决某型手掷式无人机机翼结构重量占比高的问题,采用一种多变量结构拓扑优化设计方法。以结构重量最小为优化目标,以Fluent软件计算的气动力为载荷输入,以Nastran软件计算的结构最大形变、最大应力和屈曲特征值为约束,以机翼结构尺寸为优化变量进行减重优化设计。结构性能仿真结果表明,优化后机翼结构减重21.7%且满足结构安全性能约束要求。可提升该无人机续航时间38%,增加有效载荷278 g。优化后机翼结构尺寸的变化规律也为同类型飞机机翼结构设计提供了参考。

摘要：对于具有多种约束条件的连续体结构的拓扑优化设计,本文提出一种通用优化方法:首先用优化方法确定微孔或称为基点的位置,然后再扩大微孔并确定其边界.文中对于具有应力和位移约束的几个平面问题进行拓扑优化,计算结果十分令人满意.

摘要：介绍了拓扑优化方法的思想、过程及参数设置。在CATIA中建立车架三维模型,导入Hypermesh,划分网格,建立铝合金半挂车车架有限元模型,以体积比为约束,以最小应变能为目标,用OptiStruct软件对某铝合金半挂车车架横梁的位置和数量进行拓扑优化,为确定车架结构提供了参考,避免了车架结构布置的盲目性。