基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化

为了进一步研究连续体结构拓扑优化模型的合理性和可行性,基于独立、连续、映射(independent continuous mapping,ICM)方法,在满足结构位移约束的条件下,通过引入复合指数形式过滤函数对位移约束下质量最小化(minimum weight with a displacement constraint,MWDC)模型进行了改进,建立了基于独立连续变量和复合指数函数的位移约束平面连续体结构拓扑优化模型,并进行了优化求解.同时,利用M语言,基于Matlab软件平台,开发了相应的拓扑优化计算程序,并针对4种典型平面连续体结构进行了数值验证,分别比较分析了体积约束下的柔顺度最小化(minimum compliance with a volume constraint,MCVC)模型、MWDC模型以及改进的MWDC模型所得到的最优拓扑结构.数值结果表明:采用复合指数形式过滤函数改进的MWDC优化模型迭代次数更少,优化求解计算效率更高.

基于可靠性的中空板结构⁃功能一体化设计与性能研究

针对聚合物制品的可靠性、轻量化和力学性能的结构-功能一体化设计,建立了RBTO-MMWDC连续体结构拓扑优化模型。为便于该设计方法的普及应用,实现了基于优化程序的图形用户界面开发,并选取可靠性指标β=3.0的中空板截面结构为例完成设计。采用有限元仿真方法分别对新型中空结构的静力学性能和动力学响应进行了评价分析。与传统结构相比其抗压性能和抗弯性能分别提升了29.20%和74.93%,一阶固有频率实现了100.91%提升并有效避免于前5阶发生扭转振型。此外,以SLA光敏树脂C-UV9400为原料,采用光固化3D打印技术制备2种中空结构试件样品并利用材料力学性能测试系统对其进行了抗弯强度和刚度试验。结果表明,新型结构抗弯强度和刚度分别实现了60.88%和55.30%的显著提升。该研究为面向聚合物制品的结构-功能一体化设计工程应用提供了理论参考与可行性解决方案。