摘要：折纸是指不经剪裁和粘接,将二维平面纸张折叠成三维立体的方法,具有设计简单、成形迅速、适用范围广等优点,在可展开式结构、结构组装与自成型等领域有着广阔的应用前景.本文首先简述了多种典型的新式折纸应用,如屈曲诱导的微尺度三维结构、可折叠太阳能电池板、DNA螺旋组装结构等;根据折纸的曲线折痕数量、相对运动、刚性折叠面、使用纸张数量界定折纸的分类;然后折痕设计是实现折纸结构的核心问题,着重阐述了折纸的折痕设计方面,包括梳理折痕设计的基本条件,给出若干典型折痕设计如三浦折痕设计、水弹折痕设计、吉村式折痕设计和对角线型折痕设计,介绍典型折痕设计的显著特点及几何条件,将目前折纸折痕设计的创新方法归纳为对经典折痕设计适当改进、形成折痕设计数据库、利用拓扑优化方法、借助成型的汇编算法等;最后,基于当前折纸的研究进展对未来的研究方向进行了展望,其中涉及到可重构折纸结构、四维折纸、多材料折纸和多尺度折纸等.

摘要：实际的工程应用中，钢框架的基本构件大多是根据钢结构设计规范要求，从标准型钢库中选取，所组成的框架结构的截面尺寸非连续变化。因此，钢结构截面优化设计是典型的离散设计变量优化问题。若采用基于启发式的算法（如遗传算法等）进行求解，当可选截面类型较多时，其计算量巨大，求解效率低下。该文通过引入高维拉格朗日插值函数对该离散设计问题进行连续化，建立了可采用梯度优化方法进行求解的钢结构标准截面选型设计模型，并且使得连续化以后的设计变量个数大幅度减少。对给定截面类型种数为2^n个的可选截面集合，其设计变量只需n个即可。具体算例表明：与基于遗传算法的优化方法相比，该方法的计算效率提高1～2个数量级，并且在结构性能基本相当的情况下，得到的型钢种类更少，便于工程应用。

摘要：工程中很多承载结构必须面对苛刻的温度变化工作环境,如卫星天线、太空照相机和电子器件等。剧烈的温度变化引起较大的热变形,造成仪器信号失真,精度下降;同时温度应力也会造成结构破坏甚至失效,因此零膨胀材料的研制备受关注。近年来国内外很多学者对此进行了研究,设计出具有特定等效膨胀系数的微结构,但考虑到制备工艺的限制,这类具有复杂微结构的材料制备起来比较困难,成本较高;同时这类材料一般不具备足够的刚度,难以满足承载性能的要求。本文基于结构优化设计技术,采用拓扑优化方法直接设计出具备较高的承载性能和特定方向变形较少受热载荷影响的结构。本文提出采用多目标优化的方法设计圆环结构,使其具有较高的刚度和在热载荷下圆环内表面具有较好的热几何稳定性。由于用单相材料无法同时满足高刚度和低热膨胀的要求,因此假设结构由两种不同的材料构成,用连续体拓扑优化的方法设计三相材料(两种实体材料MAT-I、MAT-II和空材料)在设计域上的最优分布,使结构满足设计要求。由对称性,设计域取为圆环的一个扇面,将设计域离散成有限元网格,每个单元具有两个设计变量:实体材料的体分比和MAT-I在实体材料中所占的体分比,采用伴随法进行灵敏度分析,用GCMMA方法求解此问题,采用体积守恒的Heaviside密度过滤函数保证获得清晰的最优拓扑构型以及避免棋盘格式的出现。通过两个数值算例,表明使用本文提出的多目标优化模型能够得到特定方向"零膨胀"同时具有一定刚度的结构设计,且这种宏观结构尺度上的两种材料组成的拓扑构型相对易于制造。

摘要：本文运用有限元分析与优化设计软件JIFEX，对五种常用截面梁结构的尺寸和形状进行了抗剪、抗弯、抗扭的刚度优化设计和在轴力、剪力作用下的结构稳定性优化设计。通过对优化设计的计算结果分析，得到了对工程设计有意义的若干结论。然后通过飞机结构中一种波形梁构件的优化，进一步讨论了波形梁的波数对结构稳定性和刚度的影响。

摘要：　零膨胀材料对提高航空航天结构和电子设备等的热几何稳定性有重要意义。采用拓扑优化技术设计各相材料在单胞域的分布形式,以获得零膨胀材料的微结构形式。给出了由二相实体材料和空心构成的各向同性零膨胀材料的设计方案,讨论了初始设计依赖性问题,分析了该依赖性的存在原因。采用有限元技术代替实际测试,分析了所设计材料的试件在均匀温度变化下的变形,验证了所设计材料的零膨胀(低膨胀)性质,说明通过拓扑优化技术设计材料的微结构是设计零膨胀材料的有效方法。

摘要：工程中常需要设计各种各样的作动器以满足一定的驱动要求。本文采用拓扑优化的方法设计以压电材料为驱动的作动器。通过拓扑描述方法和RAMP(Rational Approximation of Material Properties)材料插值模型相结合的建模方式,建立了压电驱动元件布局与柔性机构构型协同设计的优化模型;以电压的作用下作动器在某一方向的输出位移最大为目标,设计压电驱动元件的最优布局以及与之相连接柔性机构的最优拓扑构型。文中算例的成功实现验证了本文方法的有效性。

摘要：以矩形蜂窝为例,介绍了正交各向异性蜂窝填充的夹层蜂窝结构散热性能和散热-承载性能优化设计,给出了正交各向异性蜂窝相关系数的推导过程。从实际应用出发,针对常规以性能乘积形式构造的散热-承载性能指标对散热性能侧重程度的不足,给出了基于2种双层规划模型的非确定性设计方法,得到了旨在强调散热性能设计意图的散热-承载多目标优化问题的有效解集。这种方法对结构敏感参数较多的正交各向异性蜂窝填充结构的多功能优化设计非常有效。最后讨论了不同尺寸效应下的蜂窝最优结构参数。

摘要：随着汽轮机容量的增加和核电站的迅速发展,汽轮机基础动力优化设计已经成为世界前沿的研究课题。本文提出一种基于Kriging模型的有效优化方法,用以求解上述动力优化设计问题。该问题的优化模型是在汽轮机基础框架重量约束条件下,优化汽轮机基础中柱的位置和梁、柱的截面面积,使基础振动的最大幅值最小化。Kriging模型用于建立基础振动的最大动位移幅值与设计变量间的近似函数关系,从而避免了优化迭代中灵敏度分析。开发了动力分析程序,作为黑箱用于动力响应分析。算例结果表明,本文方法在效率和稳定性上优于序列线性规划方法。

摘要：纤维增强复合材料层合板的弹性性质依赖于单层板的纤维含量(体分比)以及铺层方式(总层数、各单层的厚度与铺设方向)。本文研究在给定材料用量条件下层合板的最大刚度设计问题,采用铺层参数作为铺层方式的描述参数、以铺层参数和单层板纤维含量体分比在层合板面内的分布的描述参数为设计变量,以层合板的柔顺性最小为目标,建立了铺层方式和纤维分布协同优化的层合板最大刚度设计问题的提法和求解方法,给出了具有最大刚度的层合板最优铺层方式和纤维含量的分布规律的设计实例。

摘要：对于运载飞行器一类由多个部段装配而成的复杂结构,外载荷往往被转化为多点集中载荷传递到结构某一部段,为此,结构上需要采取使集中力扩散的措施.基于连续体拓扑优化,以结构最小柔顺性为目标函数,同时考虑设计域内材料用量约束和考查区域(承载结构)内力均匀性约束,提出了集中力扩散结构优化设计的理论模型,并给出了平面和三维两种不同的优化算例,均得到了合理的优化设计结果.最后,针对运载火箭燃料贮箱短壳,考虑工程实际的受力及约束情况,给出了可行的概念性设计方案.