基于拓扑优化的声学结构材料分布设计

针对结构的声学设计问题进行研究,通过优化两种不同的材料在结构设计域内的拓扑分布来最小化谐振结构所产生的声场中指定参考面/参考域内的声压.在研究中假定结构为线弹性小变形结构,材料阻尼为Rayleigh阻尼,声学介质为无黏、可压缩、小扰动流体.对结构响应采用有限元格式进行计算,对声场采用基于Helmholtz积分的边界元格式进行计算,由于声场在无穷远自由边界的无反射条件在边界积分中能自动得到满足,该格式特别适合于具有开放边界的声场计算.建立了结构有限元-声场边界元格式的耦合系统拓扑优化模型,导出了耦合系统敏感度分析的一般格式及伴随格式.数值算例验证了所提出的结构-声学耦合系统优化方法的有效性和可靠性,并揭示了基于声学准则的拓扑优化结果的有关特性.

基于APDL的结构拓扑优化程序开发及在C919客机舱门铰链臂设计中的应用

为使结构在相同甚至更少质量下获得更大的刚度,并让设计过程更加科学和高效,根据拓扑优化技术利用APDL对ANSYS进行二次开发,并与基准算例比较验证该程序的有效性,实现结构的轻量化设计.将所开发的程序用于C919客机舱门铰链臂结构的最小柔度设计,获得比2种原始设计方案刚度更大的轻质拓扑构型,具有一定的实际参考价值.所开发的程序具有如下优点:适用于低阶单元,极大提升计算效率;可扩展到包括实体单元在内的各种单元类型,如梁、板和壳等,有效增加结构模型的应用范围;引入并实现FILTER技术以避免使用低阶单元优化时出现棋盘格现象;具有针对拓扑优化结果的有特色的后处理模块.

基于优化模型的结构声学耦合界面载荷传递算法

针对结构声学耦合系统的界面载荷传递问题,提出了一种基于约束最优化模型的局部参数插值算法。耦合界面处结构和流体单元表面坐标通过各自的形状函数进行插值,把界面载荷在互不匹配的网格节点间的传递问题转化为一个点到用自然坐标表示的有限边界曲面的最小距离问题,以便利用成熟稳定的优化算法对其进行高效求解。与已有方法相比,该算法在耦合界面单元为曲面的情况下仍能保持较高的计算精度。本文给出的数值算例验证了本算法的有效性和可靠性。

某减速机构刚度分析及测试

研究某减速机构的刚度分析、优化及试验验证问题,分析滚珠丝杠预紧力和各传动副之间的间隙等对机构刚度的影响,并提出控制影响刚度因素的方法;利用ANSYS进行减速机构的结构静力分析;设计、生产专用测试装备测试该减速机构的刚度.结果表明:减速机构的设计满足刚度需求,同时提供测试减速机构刚度的方法.

多子域模式重复结构多目标拓扑优化

将多子域模式重复方法引入到基于变密度法的传热以及力热一体化拓扑优化中。基本思想是将全域划分为多个大小相等的单胞,将设计变量定义在其中多个单胞上,并通过全等映射复制到其他单胞。引入了连续变化的密度过滤方法,以解决棋盘格问题和边界模糊问题。分别以散热弱度和局部温度作为目标函数,对传热结构进行了优化设计;引入多目标设计公式,对力热一体化结构进行了优化设计,均得到了清晰的模式重复结构。比较发现,多子域模式重复优化效果虽然不如全域设计,但要优于单域模式重复设计,而且继承了模式重复模块化特征显著和综合性能更均衡的优点。此外,单域和多子域模式重复结构均有更强的抗缺陷能力。

海洋钻井隔水管多体动力学求解器开发

海洋钻井隔水管系统是深海油气田开发必要的装备之一,关系到深水油气田钻完井生产安全。目前全球通用的隔水管系统分析软件都基于有限元分析方法,无法实现对隔水管系统的精细化建模和整体求解,论文通过先进的多体动力学求解方法,构建海洋钻井隔水管多体动力学求解器,实现了钻井平台-隔水管-水下井口系统的耦合分析,具有与全球先进隔水管专业分析软件类似的功能,如作业窗口、漂移窗口、模态、回弹分析功能,又具备更先进的精细化模型构建、内部钻井液和钻柱分析功能。该求解器对隔水管系统的分析水平带来较大的提升,具有广阔的应用前景。

一种特殊三维层叠应力杂交元模型研究

在原有高精度三维层叠应力杂交元模型基础上，针对铺层不连续复合材料结构进行分析，引入锲体子层单元来模拟铺层间断处基体过渡段，建立起新型端面节点数不同的层叠杂交元模型，该模型继承了原来层叠杂交元所具有的层间应力连续性，能在结构整体计算时兼顾局部应力集中影响的特点，同时直接将层叠应力杂交元的应用扩展到铺层不连续复合材料结构的层裂效应计算．数值计算结果表明，该模型具有很好的收敛性，计算精度较高，适合工程计算应用。

水轮机转轮叶片系统动力分析(Ⅱ)——实例分析

考虑到１６结点相对自由度壳元能很好地描述薄壳和厚壳的性质，而且和三维实体单元的联接也相当方便，本文采用该种单元对水轮机叶片进行离散，并通过样条插值获得叶片有限元网格结点的三维坐标。对水轮机转轮叶片系统的动力特性进行了具体的分析计算，得到了各阶固有频率及相应模态。结果表明，水轮机转轮最低若干阶频率的振动是以下环为主的振动，同时指出，对不同阶次的频率，附加质量的影响是不同的。

旋转周期性含液容器的流固耦合动力特性分析(Ⅰ)

为了对容器内流体的晃动特性以及流体对容器动力特性的影响有一个比较完整的认识，同时考虑到三维流固耦合计算规模较大的问题，针对含液容器具有旋转周期性的特点，将旋转周期方法引入流固耦合动力特性分析，大量地缩减了流固耦合计算的规模，对于诸如储油罐以及快堆主钠池等大型含液容器的动力分析具有重要的意义，而且该方法在理论上不引入任何近似。与整体计算的结果比较表明，该方法十分有效和可靠。

水轮机转轮叶片系统动力分析(Ⅰ)——力学模型与方程列式

根据水轮机转轮具有旋转周期性的特点，引入复约束的概念，对水轮机结构进行简化，可以显著缩减动力分析问题的计算规模。同时，为了考虑水对水轮机转轮的影响，假设水是不可压，无粘和无旋的，从而将水对水轮机的作用通过附加质量的方式引入到结构振动方程中。在结构动力方程求解过程中，注意到方程的系数矩阵中和子结构内部自由度相应的主要部分保持为实数矩阵，求解时利用此特点，可以大大节省计算的工作量。

采用减震榫桥梁非线性动力学分析计算方法

针对采用新型减震榫的桥梁及支座动力学分析问题,建立了基于悬臂梁横向弯曲运动理论的非线性动力学模型,提出了一种基于广义?法的时间积分算法,能够充分利用准静态实验测得的支座力学性能曲线,通过数值计算得到支座在典型激励下的动力学响应。数值算例表明:新方法具有很高的计算精度,能够准确有效地求解减隔震支座非线性动力学问题。该文的工作可为进一步评估该支座的工作性能以及改进结构设计提供参考。