摘要：针对稳态热传导问题,以结构散热弱度最小为目标,建立了连续体传热结构的拓扑优化模型和方法,给出了相应的算例。优化方法中分别建立了设计相关载荷和非相关载荷的灵敏度列式,采用Rational Approximation of Material Properties(RAMP)方法对材料密度进行惩罚,利用优化准则法控制设计目标与材料分布,以敏度过滤技术抑制棋盘格效应。算例的结果直观显示了设计相关载荷和非设计相关载荷以及复合载荷对结构拓扑构型的影响规律,表明了该文考虑设计相关载荷的稳态热传导结构拓扑优化方法的合理性。

摘要：航空发动机涡轮盘工作时承受的离心载荷是一种典型设计相关载荷,这类问题的变密度结构拓扑优化需要解决低密度单元的材料附属效应和目标函数非单调等求解上的困难。基于变密度拓扑优化模型,运用指数型材料性能近似(EAMP)模型避免材料附属效应并提高收敛速度;构造了一种新的灰度抑制方法减小拓扑结构灰度;提出载荷敏度抑制算法求解设计相关载荷的拓扑优化问题。算例表明算法有效并且灰度单元少、收敛速度快。通过载荷敏度抑制系数讨论,从拓扑优化算法角度揭示了传统单辐板涡轮盘与近年广泛研究的双辐板涡轮盘结构之间的联系及演化规律。

摘要：利用参数化水平集方法可以得到结构轮廓的清晰边界的特性,本文基于径向基函数插值得到的参数化水平集方法,提出了一种新的可扫描有遮蔽区域的边界搜索方法,实现了静水压力载荷下的水下耐压结构的拓扑优化设计。以结构柔度最小化为目标函数,以结构体积为设计约束,结合改进的拉格朗日算子,研究了不同边界约束条件下水下耐压结构的优化设计问题。优化结果表明,该方法可以处理诸如多球交接耐压结构等复杂边界条件下的水下耐压结构拓扑优化问题,对于新型水下耐压结构的探索具有工程应用价值。

摘要：针对惯性载荷作用下的结构拓扑优化设计问题,基于结构整体柔顺度的灵敏度计算公式的推导,阐述了此类问题目标函数的非单调特征;根据载荷与单元刚度的设计相关性,分析了多种材料插值模型对优化结果和迭代过程的影响.在此基础上,提出可变参数的RAMP模型,对不等式体积约束和纯自重作用下的拓扑优化问题,通过稳定的优化迭代过程得到逼近理论最优解的优化结果.理论分析和数值算例表明,设计相关惯性载荷导致结构柔顺度的灵敏度不再永远为负值,即柔顺度不再是单调减函数;惯性载荷作用下拓扑优化结果并不总是达到体积约束上限,即材料用量越多结构刚度未必越大;已有的ESO和MP类优化方法的优化结果存在明显的区别,而选择适当的材料插值模型能够很好的将两类优化方法的结果统一起来.